我開發尼龍單體製備生物合成途徑

2020-10-21 中國化工報

　　實現環己烷/環己醇到己二酸高效生物轉化

　　10月20日，記者在採訪湖北大學生命科學學院、省部共建生物催化與酶工程國家重點實驗室李愛濤教授時了解到，李愛濤研究團隊在尼龍單體製備領域取得重大突破，打破現有的工業合成尼龍單體帶來的高汙染高能耗環境汙染問題限制，為製備尼龍單體找到新方法。

　　研究人員通過設計微生物菌群催化體系，為尼龍單體設計了一條全新的人工生物合成途徑。據李愛濤介紹，該人工生物合成體系採用模塊化和微生物菌群的催化策略，將整個生物合成途徑中的8種酶分成3個模塊，分別在3種大腸桿菌中進行表達，從而獲得3個模塊化細胞催化劑。隨後，採用「即插即用」的組裝策略，將3種細胞進行組合構建大腸桿菌微生物組催化體系，最終實現了環己烷或環己醇到己二酸的高效生物轉化。這一研究成果憑藉其高效綠色的顯著優勢為尼龍單體合成提供了新思路。

　　「尼龍66是由己二酸與己二胺縮合製得，而己二酸作為其中主要的單體，在傳統的工業中，其合成主要依賴高汙染、高能耗的多步驟化學氧化過程。」李愛濤介紹，該過程需要使用大量腐蝕性的硝酸，同時產生大量的NO、N2O等有害溫室氣體，引發諸多環境問題，比如全球氣候變暖、臭氧空洞等，因此嚴重製約著尼龍66產業的發展。

　　為應對上述挑戰，李愛濤團隊基於前期在生物催化方面的積累，設計了一種人工生物合成體系，可以催化環己烷到尼龍66單體己二酸的合成。李愛濤進一步介紹說：「該過程可在溫和條件下(常溫、常壓和水相)進行催化反應，使用自給自足的輔酶自循環，不需要任何外源的昂貴輔酶，成本低。同時反應過程沒有任何中間產物的積累，選擇性高、產物單一，後續分離純化簡單。」

　　「此外，利用理性設計獲得的大腸桿菌微生物組作為催化劑，可以實現多種環烷烴或環烷醇(C5~C8)得到不同α,ω-二元羧酸的合成，充分證明了該方法的普適性。最後，將整個生物轉化反應在發酵罐進行放大反應，成功實現了己二酸產物的放大製備，這一人工生物合成體系為實現生物法大規模合成α,ω-二元羧酸奠定了重要基礎。」李愛濤說。

　　尼龍作為一種應用非常廣泛的合成纖維，被應用於眾多關係國計民生的重要領域。下一步，李愛濤研究團隊將進一步提高酶催化效率，使8個酶的催化性能保持一致，打破限速酶的瓶頸，並通過設計改造酶分子使酶產生突變，賦予其更高的催化性能，從而使整個人工生物合成尼龍單體效率得到提升。

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