7-氨基去乙酰氧基头孢烷酸（7-ADCA）是合成头孢类抗生素的重要母核，广泛应用于头孢氨苄、头孢拉定等多种临床常用抗生素的生产。传统化学法合成7-ADCA存在能耗、高污染重等问题，难以满足绿色可持续发展的需求。生物催化因其反应条件温和、环境友好等优势，成为替代传统工艺的重要发展方向。然而，现有生物合成路径仍面临酶表达不平衡、辅因子再生困难、产物抑制严重等技术瓶颈，导致整体转化效率偏低。

近日，中国科学院天津工业生物技术研究所孙周通研究员团队在双细胞协同催化合成7-ADCA方面取得重要突破。研究团队创新性地构建了一种“分工协作”的双工程菌系统，结合固定化酶技术，实现了从廉价易得的青霉素G高效、绿色合成7-ADCA，为头孢类抗生素的绿色合成提供了新路径。

研究团队设计了一条包含脱乙酰氧基头孢菌素C合成酶（DAOCS）、L-谷氨酸氧化酶（GOX）和过氧化氢酶（Cat）的三酶级联反应路径，成功实现了关键辅因子α-酮戊二酸的再生，显著降低了辅因子添加成本。针对多酶在单一宿主中表达不均、代谢负担重等问题，团队提出了“功能分菌”的策略，构建了两种工程化大肠杆菌SCell-A与SCell-B，分别承担不同酶的表达与功能分工，有效缓解了细胞表达和催化压力。通过系统优化双细胞比例、反应温度、搅拌转速及添加剂等关键参数，该催化体系在15 L规模反应器中，仅用10小时，即可将50 g/L青霉素G转化为38.30 g/L的G-7-ADCA，转化率高达95.32%。随后，通过固定化酰化酶一步水解，成功获得81.32 g/L的7-ADCA，时空产率达到40.7 g/L/h，为目前文献报道的最高水平。该研究不仅突破了单细胞催化系统的表达限制，也为其他高值化合物的生物合成提供了可借鉴的双细胞催化策略。

该研究工作得到了中国科学院战略性先导科技专项、天津市自然科学基金等项目的支持。相关成果发表于国际学术期刊ACS Sustainable Chemistry & Engineering上。天津工生所苏文成工程师，曲戈博士（现任华中农业大学教授）为论文共同第一作者，孙周通研究员为通讯作者。

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多酶催化合成7-ADCA