经过工程改造的谷氨酸脱羧酶，其底物范围得到扩展，可实现β-丙氨酸和氨基丙醇的一步合成

《ACS Sustainable Chemistry & Engineering》：Engineered Glutamate Decarboxylase with Expanded Substrate Scope for One-Step Synthesis of β-Alanine and Aminopropanols

本研究通过定向进化工程改造大肠杆菌谷氨酸脱羧酶（GadB），使其能够以l-天冬氨酸、l-高丝氨酸和l-苏氨酸为可再生底料，一步酶促合成β-丙氨酸、3-氨基丙醇和2-氨基-1-丙醇。D86E突变体具有底物普适性和显著提高的催化活性（β-丙氨酸和3-AP的kcat值分别提升46倍和12.3倍），分子动力学模拟揭示了氢键相互作用改变是其特异性转换的机制。在整细胞催化中，D86E在12小时内实现了近定量转化（250 mM），β-丙氨酸和3-AP产率分别达15.99和13.51 g/L，MIPA产率为8.48 g/L，证实了工业应用潜力。

　　

近年来，由于β-丙氨酸、3-氨基丙醇（3-AP）和1-氨基丙-2-醇（MIPA）在制药、食品添加剂和聚合物领域的应用，对它们的需求不断增加。这些高价值胺类的工业生产依赖于污染性较强的化学方法。为了解决这一问题，我们通过定向进化改造了大肠杆菌中的谷氨酸脱羧酶（GadB），使其能够利用可再生底物（L-天冬氨酸、L-高丝氨酸和L-苏氨酸）一步酶法合成这三种化合物。通过生长耦合的高通量筛选平台，我们发现了D86E突变体：该突变体表现出广泛的底物亲和性和增强的催化活性——其β-丙氨酸和3-AP的催化速率（k_cat）分别比野生型酶提高了46倍和12.3倍（26.36 s?1、121.89 s?1），并且首次实现了MIPA的一步合成。分子动力学模拟表明，突变位点（E86）与底物之间氢键作用的改变是导致这种特异性变化的原因。在全细胞生物催化实验中，D86E在中性pH条件下12小时内实现了接近定量的转化效率：β-丙氨酸的产量为15.99 g/L，3-AP的产量为13.51 g/L，MIPA的产量达到了8.48 g/L，证明了该技术的工业可行性。这项工作推动了多底物催化领域的酶工程进展，并为高价值化学品的生产提供了一条可持续的途径。