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    若制成僅有L-草銨膦（也稱精草銨膦）的產(chǎn)品進行使用，可使草銨膦的用量減少一半，顯著提高經(jīng)濟性，降低使用成本，減輕環(huán)境壓力……

    草銨膦屬于膦酸類除草劑，能夠抑制植物氮代謝途徑中的谷氨酰胺合成酶，從而干擾植物的代謝，使植物死亡。草銨膦具有殺草譜廣、低毒、活性高和環(huán)境相容性好等特點，目前化學合成的草銨膦均為DL外消旋體，但僅L-草銨膦具有除草作用，D型則幾乎無活性。若制成僅有L-草銨膦（也稱精草銨膦）的產(chǎn)品進行使用，可使草銨膦的用量減少一半，顯著提高經(jīng)濟性，降低使用成本，減輕環(huán)境壓力。

    L-高絲氨酸是一種天然存在的非蛋白氨基酸，具有L-型-α-氨基酸的基本骨架，并且其γ-羥基具有多樣的化學活性，因此，在藥物學、生理學等方面具有重要的應用前景。由于其結(jié)構(gòu)活性，L-高絲氨酸及其衍生物作為手性中間體，在手性化學品合成領域也具有較好的應用潛力。

    由于目前較低的發(fā)酵效率，L-高絲氨酸是少數(shù)還未實現(xiàn)規(guī)模化生產(chǎn)的氨基酸品種。L-高絲氨酸具有L-草銨膦相同的分子骨架，是制備L-草銨膦的理想手性前體。中國科學院微生物研究所科研團隊通過系統(tǒng)分析大腸桿菌中L-高絲氨酸的代謝網(wǎng)絡，設計了一條從葡萄糖到L-高絲氨酸的高強度發(fā)酵路線。L-天冬氨酸是L-高絲氨酸合成的前體。經(jīng)草酰乙酸合成L-天冬氨酸再到L-高絲氨酸的厭氧途徑（命名為AspC途徑）具有最高的理論轉(zhuǎn)化率（2.0 mol/mol），但缺乏還原力；經(jīng)富馬酸合成L-天冬氨酸的耗氧途徑（AspA途徑）具有較低的轉(zhuǎn)化率（1.0 mol/mol），但富余還原力。通過途徑耦合設計，研究人員建立了還原力整體平衡的發(fā)酵路徑，并將還原力供給途徑中釋放的CO2重利用，設計的途徑理論上不損失C元素。

    AspC途徑：Glucose+ 6 NADPH + 2 CO2 = 2 L-Homoserine + 2 NADH

    AspA途徑：Glucose+ 2 NADPH = L-Homoserine + 2 CO2 + 5 NADH + FADH2

    耦合途徑：2 Glucose + 8 NADPH = 3 L-Homoserine + 7 NADH+ FADH2

    依據(jù)上述途徑設計思路，通過系統(tǒng)代謝工程改造，精細調(diào)控L-天冬氨酸兩條合成通量配比，增強工程菌株途徑關(guān)鍵酶的表達水平和L-高絲氨酸外排能力，進一步優(yōu)化發(fā)酵工藝，L-高絲氨酸的發(fā)酵水平突破84 g/L，產(chǎn)率1.96 g/L/h，轉(zhuǎn)化率0.5 g/g葡萄糖，具有較好的經(jīng)濟性。

    相關(guān)研究成果以Highly efficientproduction of L-homoserine in Escherichia coli by engineering a redox balanceroute為題，在線發(fā)表在Metabolic Engineering上，已申請2項我國國家發(fā)明專利。研究工作得到科學技術(shù)部重點研發(fā)計劃和國家自然科學基金委面上項目的資助。在研究論文發(fā)表之前，微生物所已和企業(yè)正式簽訂了技術(shù)排他許可合同，目前雙方在積極推進產(chǎn)業(yè)化落地。