突破丙酮抑制：通过集成蛋白质工程和生物反应器设计实现可持续的手性芳基醇合成

酶工程化与在位 acetone 去除协同实现高底物浓度下高效不对称合成 2-氯代-3,4-二氟苯基乙醇，空间时间产率达 3041 g/(L·d)，催化剂循环稳定性优异。

　　

在高底物浓度下，手性芳基醇的非对称生物合成会受到丙酮积累的阻碍，而丙酮是异丙醇介导的辅因子再生的副产物。为此，研究人员设计了一种结构导向的突变型羰基还原酶 LXCAR-S154Y/I145A/R191Q (LXCAR-Q₃)，通过扩大酶的活性口袋来减轻丙酮的竞争性抑制作用，使得2-氯-1-(3,4-二氟苯基)乙酮（CFPO）的催化效率（k_cat/K_m）提高了224%，同时丙酮的催化效率降低了59%。此外，结合高效的 原位 丙酮去除生物反应器（EIARB），该系统能够在7.5小时内将1000克/升（1000 g L^?1）的CFPO完全转化为 (S-2-氯-1-(3,4-二氟苯基)乙醇（(S-CFPL），实现了创纪录的空间-时间产率（3041克/升·天，3041 g L^?1 d^?1）。该生物催化剂在连续五个循环中，即使在400克/升（400 g L^?1）的CFPO浓度下仍能保持全部活性，最终产率达到7299克/升·天（7299 g L^?1 d^?1）。这种基于纯异丙醇的系统，结合 原位 异丙醇回收和简化的产物分离流程，证明了其在2摩尔/升（2 M）底物浓度下合成多种手性芳基醇的可行性，凸显了其在可持续且经济高效的生物催化中的工业应用潜力。本研究提供了一种环境友好的手性醇生物合成方法，并提出了一种增强羰基还原酶生物催化稳定性的灵活突变策略。