[00043389]氧化还原酶的发现及其在生物催化中的应用

　　1 创新要点：
　　（1）针对氧化还原酶在对映选择性和催化活性等方面的适用局限性问题，建立分子改造与基因组挖掘技术平台。通过理性设计改造野生型酶，改善和强化酶的催化特性与功能，获得具有自主知识产权的高活性、高立体选择性制备芳基手性醇的重组氧化还原酶及新基因，拓展了酶的适用性，并为进一步认识酶分子催化机制奠定基础；
　　（2）建立了高效稳定全细胞催化的（S）-苯基乙二醇公斤级制备体系，在100 L罐中，将底物浓度从15 g/L提高到25 g/L，获得了生产规模放大和产物的高效提取与精制等重要研究成果。产物光学纯度和产率分别达到99%和93%。最终产物收率为85%；
　　（3）以数种手性醇酸化合物（R）-苯基乙二醇、（S）-间氯苯基乙二醇、（R）-扁桃酸、（R）-2-辛醇为模型产物，通过生物催化剂筛选、理性设计催化过程、合理修饰底物和采用原位分离策略等，大大提高微生物不对称还原潜手性化合物的效率，为手性化合物的制备提供了高效、安全的生物途径；
　　（4）获得多种新型立体选择性羰基还原酶，并发现其特殊的anti-prelog不对称催化规律。这三种酶基因在国际上首次报道，已申请美国发明专利1项、授权国家发明专利7项；
　　（ 5）该项目将现代基因工程及蛋白质工程技术与生物加工下游工程技术相结合，形成基于生物氧化还原酶蛋白空间结构和催化机理之上的分子平台，以及全细胞催化不对称氧化还原反应制备芳基手性醇的关键技术，建立高效低成本的公斤级芳基手性醇生产与精制工艺。项目在一锅法催化、树脂分离耦合公斤级制备（S）-苯基乙二醇核心技术已达到国际领先水平。
　　应用情况
　　主要应用于手性化学品的生物制造领域。针对手性药物和功能材料等合成前体的手性醇类化合物的不对称合成，生物催化不对称氧化还原反应因其高选择性、条件温和、绿色环保的特点，已成为制备手性化合物的重要途径。
　　成果应用案例
　　已完成公斤级苯基乙二醇光学纯对映体产物的中试规模制备生产。芳基手性醇及其衍生物具有特殊的光电磁性能，是理想的液晶材料手性中间体，如苯基-1，2-乙二醇（PED），广泛应用于手性药物、农用化学品、精细化学品的重要手性中间体等制备。本项目在研究开发期间与相关产业形成密切的合作关系，形成的合作研究成果已获得良好的产学研收益。其中，医药和功能材料用氧化还原酶及其催化转化手性醇的研究成果已在中国最大的液晶混晶材料生产企业、全球五大液晶材料供应商、世界五大液晶材料生产和研发企业之一的石家庄永生华清液晶有限公司进行产品应用。
　　本项目采用生物全细胞催化不对称氧化还原反应制备光学纯的（S）-苯基乙二醇（PED），生产成本低于2500元/Kg，而其国际价格高于1500-2000美元/Kg。通过进一步提高底物浓度，实现生物催化剂的多批次重复使用，进而将生产成本降低至300美元/Kg。因此，利用生物氧化还原全细胞体系催化立体异构反应制备光学纯苯基乙二醇具有很好的市场竞争力和经济效益。
　　授权专利：
　　国际专利 PCT/US10/39666
　　一种利用重组菌株不对称转化制备（R）－苯基乙二醇的方法 200710135444。6
　　一株羰基还原酶重组菌高效制备（S）-苯基乙二醇的方法
　　200910263147。9
　　一种立体异构制备（S）苯基乙二醇提高单批次转化底物浓度的方法 200710022150。2
　　一种用戊糖进行细胞内辅酶NADPH再生的方法及其应用
　　200610156037。9
　　利用定点突变改变辅酶特异性和立体选择性制备（R）-苯基乙二醇的方法 200810195613。X
　　羰基还原酶和嘧啶核苷酸转氢酶偶联制备（S）－苯基乙二醇的方法
　　200810196686。0
　　微生物法制备光学纯（R）－2－辛醇的方法及其专用微生物 200410041438。0
　　一种微生物不对称拆分制备（R）－扁桃酸的方法 200610037941。8
　　一种微生物不对称还原制备（R）－扁桃酸的方法 200610037940。3
　　一种应用微生物立体选择性转化制备光学纯苯基乙二醇的方法及其专用微生物 03132140。2