基于转氨酶定向进化的非天然α-氨基酸模块化生物合成策略

《Biotechnology for Biofuels and Bioproducts》：Synthetic amino acid elongation via transaminase engineering

　　

摘要

背景

非天然氨基酸可以拓展药物的化学空间，但可规模化的生物合成路线仍然有限。

结果

我们提出了一种模块化策略，通过将大肠杆菌转氨酶的定向进化与α-酮酸链延长相结合，逐个碳原子"生长"α-氨基酸。利用谷氨酸辅助营养缺陷型筛选系统，我们揭示了TyrB和IlvE中先前未被表征的残基，并确定了这些位点上具有有益作用的突变，使底物范围扩展至带有羟基、叔丁基和硫醚结构的、具有延长侧链的骨架。当与乙酰-CoA依赖性酮酸延长模块配对时，这些工程化酶实现了首次生物合成途径对多种链延长的非天然α-氨基酸的获取，包括新戊基甘氨酸、C5和C6羟基氨基酸、高甲硫氨酸和高谷氨酸，直接由其?1前体合成。此外，该系统展示了迭代能力，通过两个连续循环成功延长了高丝氨酸，生成了+1和+2衍生物。因其药学相关性而被选定的高谷氨酸，在摇瓶中产量达到最高10 g/L，突显了该方法的可放大潜力。

结论

本研究建立了一个通用的酶工程框架，用于逐步扩展α-氨基酸骨架，并拓宽了非标准构建模块在肽类和生物生产应用中的可及性。