我國開發(fā)尼龍單體制備生物合成途徑
來源：中國化工報
10月20日，記者在采訪湖北大學(xué)生命科學(xué)學(xué)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(tuán)隊在尼龍單體制備領(lǐng)域取得重大突破，打破現(xiàn)有的工業(yè)合成尼龍單體帶來的高污染高能耗環(huán)境污染問題限制，為制備尼龍單體找到新方法。
研究人員通過設(shè)計微生物菌群催化體系，為尼龍單體設(shè)計了一條全新的人工生物合成途徑。據(jù)李愛濤介紹，該人工生物合成體系采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(jìn)行表達(dá)，從而獲得3個模塊化細(xì)胞催化劑。隨后，采用“即插即用”的組裝策略，將3種細(xì)胞進(jìn)行組合構(gòu)建大腸桿菌微生物組催化體系，最終實現(xiàn)了環(huán)己烷或環(huán)己醇到己二酸的高效生物轉(zhuǎn)化。這一研究成果憑借其高效綠色的顯著優(yōu)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制得，而己二酸作為其中主要的單體，在傳統(tǒng)的工業(yè)中，其合成主要依賴高污染、高能耗的多步驟化學(xué)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(chǎn)生大量的NO、N2O等有害溫室氣體，引發(fā)諸多環(huán)境問題，比如全球氣候變暖、臭氧空洞等，因此嚴(yán)重制約著尼龍66產(chǎn)業(yè)的發(fā)展。
為應(yīng)對上述挑戰(zhàn)，李愛濤團(tuán)隊基于前期在生物催化方面的積累，設(shè)計了一種人工生物合成體系，可以催化環(huán)己烷到尼龍66單體己二酸的合成。李愛濤進(jìn)一步介紹說：“該過程可在溫和條件下(常溫、常壓和水相)進(jìn)行催化反應(yīng)，使用自給自足的輔酶自循環(huán)，不需要任何外源的昂貴輔酶，成本低。同時反應(yīng)過程沒有任何中間產(chǎn)物的積累，選擇性高、產(chǎn)物單一，后續(xù)分離純化簡單。”
“此外，利用理性設(shè)計獲得的大腸桿菌微生物組作為催化劑，可以實現(xiàn)多種環(huán)烷烴或環(huán)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。最后，將整個生物轉(zhuǎn)化反應(yīng)在發(fā)酵罐進(jìn)行放大反應(yīng)，成功實現(xiàn)了己二酸產(chǎn)物的放大制備，這一人工生物合成體系為實現(xiàn)生物法大規(guī)模合成α,ω-二元羧酸奠定了重要基礎(chǔ)。”李愛濤說。
尼龍作為一種應(yīng)用非常廣泛的合成纖維，被應(yīng)用于眾多關(guān)系國計民生的重要領(lǐng)域。下一步，李愛濤研究團(tuán)隊將進(jìn)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，并通過設(shè)計改造酶分子使酶產(chǎn)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。
