光驱动NADPH再生电化学生物合成系统实现手性胺的可持续制备

来自前沿的研究团队开发了一种基于CdS/NiOx光阳极与生物阴极耦合的光（生物）电化学系统，通过构建FNR-IRED酶级联反应，实现了太阳能驱动的NADPH再生与(R)-2-甲基吡咯烷的高效合成。该研究创新性地采用全细胞催化策略，使系统在无外源供电条件下获得TRL4级技术成熟度，为制药工业提供了绿色手性合成新范式。

　　

这项突破性研究构建了革命性的光（生物）电化学细胞（PBEC）系统，巧妙地将无机半导体CdS/NiO_x光阳极与生物催化阴极相结合。该系统利用太阳光作为唯一能量来源，通过铁氧还蛋白-NADP⁺还原酶（FNR）实现NADPH的高效再生，进而驱动亚胺还原酶（IRED）催化2-甲基吡咯啉转化为具有重要制药价值的(R)-2-甲基吡咯烷。

研究团队开发了两种创新配置：体外体系采用纯化的FNR和IRED酶，而更具产业化潜力的全细胞体系则利用工程化大肠杆菌表达完整酶级联。该系统突破性地实现了三大优势：1）无需外部电源的自主运行能力；2）高达100%的对映体选择性；3）可扩展的模块化设计，能适配各类NADPH依赖型生物转化反应。

特别值得注意的是，全细胞配置通过优化电子传递链和膜通透性，显著提升了技术成熟度（TRL4）。研究人员还提出可通过合成生物学手段进一步强化细胞外电子转移效率，例如改造细胞色素表达或引入人工电子穿梭体。这种将无机光捕获与生物催化完美融合的"半人工光合"策略，为可持续化学生产开辟了新道路。

该平台展现出惊人的应用弹性：既能用于精细化学品的小规模高附加值生产，也可通过规模化全细胞发酵实现大宗化学品绿色制造。其核心技术已成功验证对(R)-2-甲基吡咯烷的连续合成，这种关键手性砌块广泛应用于抗抑郁药和农药的合成领域。研究揭示的优化参数——包括光阳极能带调控、电子介体选择和细胞工程改造方向，为同类系统的工业化落地提供了明确技术路线。