近日，中國科學(xué)院大連化學(xué)物理研究所生物技術(shù)部生物質(zhì)高效轉(zhuǎn)化研究組研究員趙宗保團(tuán)隊(duì)在微生物能量代謝控制研究方面取得新進(jìn)展，成功將無機(jī)化能傳遞給一種可與生物相容的能量載體，并實(shí)現(xiàn)了對(duì)細(xì)胞內(nèi)物質(zhì)轉(zhuǎn)化途徑的選擇性驅(qū)動(dòng)，相關(guān)研究成果發(fā)表在 ACS Catalysis 上（DOI: 10.1021/acscatal.6b03579）。

　　能量代謝是生命活動(dòng)的基本特征之一，需要能量載體（輔酶）介導(dǎo)。天然能量載體如還原型吡啶核苷酸輔酶（Nicotinamide adenosine dinucleotide，NADH），由于可參與眾多代謝反應(yīng)和其它生物過程，使能量代謝調(diào)控存在選擇性差、生物學(xué)效應(yīng)可預(yù)見性低等突出問題。因此，該研究團(tuán)隊(duì)提出基于非天然輔酶的能量代謝控制策略。前期工作中，設(shè)計(jì)合成了非天然輔酶煙酰胺胞嘧啶二核苷酸（Nicotinamide cytosine dinucleotide，NCD），改造了氧化還原酶的輔酶結(jié)合口袋，篩選得到非天然輔酶偏好型的突變酶；體外實(shí)驗(yàn)表明，突變酶可保持與野生酶相當(dāng)?shù)拇呋?、底?/ 產(chǎn)物選擇性等催化性能，從而創(chuàng)建了生物正交的氧化還原催化體系（J. Am. Chem. Soc.,2011,133,20857）。

　　該研究中，研究團(tuán)隊(duì)成功改造并獲得了 NCD 偏好型亞磷酸脫氫酶突變體 Pdh*，以用于催化氧化亞磷酸鹽高效產(chǎn)生還原型非天然輔酶 NCDH；設(shè)計(jì)了一系列體外多酶催化體系，發(fā)現(xiàn) NCDH 介導(dǎo)的反應(yīng)獨(dú)立于其它依賴天然輔酶的反應(yīng)，即具有選擇性能量傳遞的特性。以大腸桿菌為宿主，采用基因工程手段過表達(dá) Pdh*、NCD 偏好型蘋果酸酶突變體 Mae* 和核苷酸轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白 Ndt，所得工程菌在亞磷酸鹽、葡萄糖和催化量 NCD 存在下孵育，蘋果酸產(chǎn)量和得率比不添加 NCD 的體系均有顯著提高；而不表達(dá) Ndt 的工程菌，體系中添加 NCD 對(duì)蘋果酸積累無明顯影響。結(jié)果說明，工程菌攝取 NCD，利用亞磷酸鹽為能量源，產(chǎn)生 NCDH，選擇性驅(qū)動(dòng) Mae* 催化的丙酮酸還原羧化反應(yīng)合成蘋果酸。該研究成果為開展基于非天然輔酶的化學(xué)生物學(xué)和合成生物學(xué)研究提供了科學(xué)依據(jù)。