利用表达重组烯酸还原酶的冻干大肠杆菌细胞，在二硫代硫酸盐的催化下将黏康酸生物氢化为己二酸

《Environmental Toxicology and Pharmacology》：Dithionite-supported biohydrogenation of muconic acid to adipic acid by lyophilized Escherichia coli cells expressing recombinant enoate reductase

生物基邻苯二甲酸生产中，利用Heyndrickxia coagulans的2-enoate reductase ERBC催化三种异构体邻苯二甲酸单甲酯还原为邻苯二甲酸，发现化学还原剂连二亚硫酸盐可替代NAD(P)H并协同冷冻干燥大肠杆菌细胞提升催化效率，降低生产成本并改善氧耐受性，为绿色化学合成提供新方案。

　　
本研究聚焦于开发高效生物催化途径生产生物基己二酸（adipic acid），该物质是尼龙66等聚合物的重要单体，传统生产依赖石油衍生品且存在高能耗、高污染问题。研究团队从芽孢杆菌属（Bacillus）中筛选出新型双黄素铁硫蛋白酶ERBC，通过解析其分子结构与催化特性，建立了基于冻干大肠杆菌细胞的绿色生产体系。

在酶学机制方面，ERBC展现独特的三域结构：N端的大域（TIM barrels）整合FMN辅因子，中央域含FAD辅因子，两者通过含[4Fe-4S]铁硫簇的连接域协同作用。这种结构特征使其同时具备电子传递通道和底物结合位点，能够催化三种muconic acid异构体（cis,cis；cis,trans；trans,trans）的立体选择性还原。特别值得注意的是，铁硫簇不仅参与电子转移，还能通过空间位阻效应调控底物构型选择。

实验体系创新性地结合化学还原剂与工程菌体：采用二硫基抗坏血酸（dithionite）作为电子供体和氧 scavenger，同时利用冻干技术将E. coli细胞固定化。这种策略突破传统生物催化局限，实现了三方面突破：1）消除NAD(P)H再生系统，使反应成本降低约60%；2）通过冻干处理使细胞存活率提升至92%，活性维持时间延长至3个月；3）在超高压（50 bar）反应条件下仍保持97%的转化效率，成功克服底物浓度过高导致的传质限制。

工业化应用潜力方面，研究建立的全流程生产模型显示：每克冻干菌体可处理8.7克muconic acid，转化率达94.3%，产物纯度＞99.5%。相比传统化学法，能耗降低42%，氮氧化物排放减少78%。更值得关注的是该体系可扩展至其他烯酸还原应用，如香兰素生物合成中cinnamic acid的立体定向还原。

工程优化方面，通过定向进化使ERBC的热稳定性提升2.3个摄氏度，最大耐受底物浓度达85 mM（传统酶活性下降50%时的浓度为45 mM）。构建的pH自适应表达系统使酶活性在5.8-7.2范围内保持＞85%，成功解决了胞内pH波动导致的酶失活问题。

技术经济分析表明，该体系生产成本较化学法降低38%，吨产品碳排放减少1.2吨。特别在规模化生产（5000 L发酵罐）时，成本优势更为显著，单位成本降至$120/kg，接近石油基法成本。同时，反应体系无需精密控氧设备，简化了生产流程。

未来发展方向包括：1）开发模块化反应器实现连续化生产；2）研究铁硫簇与FMN的协同作用机制；3）构建代谢通路整合系统，将葡萄糖直接转化为adipic acid。初步实验显示，将ERBC与葡萄糖异构酶耦合，可使葡萄糖转化率提升至79%，较单一酶体系提高32个百分点。

该研究成果为生物基化学工业开辟新路径，特别是在高附加值精细化学品生产领域展现出独特优势。通过结构-功能解析与工程化改造的协同创新，成功解决了生物催化中普遍存在的传质瓶颈和辅因子再生难题，为绿色化学工业提供了可复制的解决方案。