2-吡喃酮-4,6-二羧酸（2-pyrone-4,6-dicarboxylic acid，简称PDC，CAS: 72698-24-9）是一种含有吡喃环的拟芳香二元羧酸化合物，具有和对苯二甲酸相似的分子结构，可以与各种二元醇、羟基酸等发生脱水缩聚反应生成聚酯类高分子材料。目前，以PDC为底物已经实现了多种聚酯材料的少量制备。通过测试，这些聚酯材料具有良好的热稳定性、粘结性和生物可降解性。鉴于这些优良特性，PDC是一种具有较好应用前景的生物可降解聚酯材料合成单体。此外，PDC还可以作为锂离子电池电解液的添加剂，以及含有放射性元素铯废水处理的络合剂等等。

目前，通过化工路线合成PDC尚未见报道，已报道PDC主要合成方式包括以木质素裂解产物或以单环芳香族化合物（例如原儿茶酸、4-羟基苯甲酸、香草醛、香草酸等等）为底物的微生物转化合成以及以葡萄糖为原料的微生物从头合成。由于木质素裂解产物成分复杂且具有较强的细胞毒性，而单环芳香族化合物原料价格比较昂贵，因此微生物转化合成方式难以应用于规模化工业生产。以葡萄糖等廉价碳源为底物从头合成PDC是一种具有较好应用前景的生产方式，但是PDC产量和底物转化率仍然较低。

中国科学院天津工业生物技术研究所王钦宏研究员带领的进化与代谢工程研究团队长期致力于芳香族化合物的生物合成研究，多种芳香族化合物生产关键技术实现了规模化应用测试和成果转化。前期，该团队以葡萄糖为底物，利用大肠杆菌成功实现了PDC的高效全细胞催化合成（Biotechnol Biofuels Bioprod. 2023,16:92.）。近期，该团队以大肠杆菌为底盘细胞，通过代谢工程手段精细调控碳代谢流，创制了高效细胞工厂，实现了PDC的高水平发酵合成。团队首先对在高产3-脱氢莽草酸底盘细胞内过表达外源3-脱氢莽草酸脱水酶、原儿茶酸-4,5-二氧化酶和CHMS脱氢酶，初步实现了以葡萄糖为底物从头合成PDC。通过基因组多拷贝整合关键CHMS脱氢酶基因，表达外源血红蛋白基因，进一步提高了PDC合成效率。利用动态调控策略精细调控丙酮酸激酶基因pykA，平衡细胞生长和产物合成，进一步提高了PDC合成水平和底物转化率，获得高效PDC生产菌株。在分批补料发酵条件下，该菌株的PDC产量达到129.37 g/L，生产强度和葡萄糖转化率分别为1.66 g/L/h和52.8% mol/mol。该工作为PDC的规模化工业生产奠定了理论基础。

此外，该团队已经完成了PDC菌种的300 L规模发酵测试和中试规模分离提取工艺开发，获得了数十公斤PDC样品，纯度>99%，为材料化学品的下游应用评价奠定了基础。

该研究工作得到国家重点研发计划项目的支持，相关研究结果发表于Metabolic Engineering杂志。中国科学院天津工业生物技术研究所副研究员吴凤礼为论文第一作者和共同通讯作者，王钦宏研究员为论文共同通讯作者。

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大肠杆菌利用葡萄糖生产2-吡喃酮-4,6-二羧酸合成途径示意图