L-半胱氨酸是一种重要的含硫氨基酸，被广泛应用于食品、医药、化妆品和农业等领域。我国是L-半胱氨酸的生产大国，主要通过盐酸水解皮肤毛发的方法合成，但该工艺产物转化率低，三废高，环境污染严重。近年来，各国科学家利用环境友好的微生物发酵法合成L-半胱氨酸进行了大量研究，但是目前发酵法生产L-半胱氨酸的产量不高，硫转化率低，无法满足工业化生产需求。作为一种含硫氨基酸，硫的转化效率是影响L-半胱氨酸高效合成的一个关键因素。在L-半胱氨酸发酵生产过程中会产生大量水溶性低的H₂S释放到空气中，从而降低了硫的转化效率和半胱氨酸的合成能力，引起硫资源浪费和环境污染问题。因此，如何有效解决含硫化合物发酵生产过程中H₂S的逃逸问题，提高硫的转化效率，是提高L-半胱氨酸高效生物合成效率的关键。 

　　中国科学院天津工业生物技术研究所刘君研究员带领的微生物生理代谢研究团队，基于上述问题在谷氨酸棒杆菌中构建了H₂S封存和再利用循环系统。科研人员通过重构L-半胱氨酸合成途径，构建了合成L-半胱氨酸的底盘细胞。在此基础上，利用醌:氧化还原酶（SQR）催化H₂S转化为H₂S₂的反应过程，将过量的水溶性差的H₂S转化成可溶的H₂S₂，实现了H₂S的封存，减少了H₂S 的排放。随后基于转录调控因子CstR构建了一个响应H₂S₂的动态双功能基因回路，可以根据胞内H₂S₂的水平动态激活或者抑制目标基因的表达。通过该基因回路调控H₂S₂和H₂S利用途径以及L-半胱氨酸合成途径，可以实现根据胞内H₂S₂和H₂S的浓度，定向强化H₂S向L-半胱氨酸的转化，从而提升了H₂S 的封存和循环利用，减少了H₂S的排放。最终构建的基因工程菌株的L-半胱氨酸含量在5 L发酵罐中达到5.92 g/L，硫的转化率达到了75%，均为目前谷氨酸棒杆菌生产L-半胱氨酸的最高报道。 

　　相关工作得到天津市合成生物技术创新能力提升行动、国家重点研发计划和国家自然科学基金项目资助。相关研究成果发表在Green Chemistry期刊。中国科学院天津工业生物技术研究所博士研究生杜焕敏为该论文第一作者，魏亮副研究员和刘君研究员为该论文的共同通讯作者。 

　　文章链接 

H₂S封存和再利用循环系统的设计与构建 

利用硫循环系统重编程代谢途径，提高硫转化率和L-半胱氨酸合成能力。