分享一篇发表在Nature Chemistry上的文章，题目为“A biocompatible Lossen rearrangement in Escherichia coli”，通讯作者是来自爱丁堡大学的Stephen Wallace教授，研究方向为合成生物学。

微生物的代谢工程是合成生物学中的重要概念。人为设计微生物中的代谢途径，能够实现复杂小分子的生物合成。

Lossen重排是一种以芳基羧酸盐衍生出的活化的酰基异羟肟酸盐为底物，经过碱脱质子化后发生1,2-芳基迁移反应后，生成异氰酸酯的重排反应。异氰酸酯随后可以被水等亲核试剂进攻，生成端位羧酸，而后发生脱羧反应得到伯胺产物。这一反应通常需要在碱性条件下通过热催化或者金属离子催化完成，反应条件较为苛刻。本文发展了一种在大肠杆菌中由磷酸盐介导的Lossen重排反应，其在生理条件下发生，并且对底盘菌株无毒无害。

首先作者想要在生物体系中测试不同催化剂催化Lossen重排的反应速率。作者通过敲除大肠杆菌中合成PABA的关键酶PabB，构建了一种营养缺陷型菌株；其中PABA是作为叶酸合成和DNA合成的必需代谢物。只有当周围环境存在或细胞自身能够合成这种必需代谢物时，细菌才能够正常生长。但在测试不同催化剂性能时，发现在添加底物的情况下，无催化剂甚至无细胞环境下都能实现产物合成，说明这是一种具有生物相容性的反应，无需外加其他催化剂。对培养基成分逐一检查，发现了磷酸盐具有催化Lossen重排的反应能力。

这种Lossen重排的反应底物也可以拓展到PET微塑料的主要成分，即聚对苯二甲酸乙二醇酯的水解产物。作者首先将塑料进行预处理，将其水解为对苯二甲酸，随后在体外通过酰胺缩合反应制备活性底物，即大肠杆菌的反应性底物，最后便能实现从PET到PABA的生物合成。随后，作者在大肠杆菌中发展了以PBPA为起始底物的扑热息痛这一高附加值产物的生物合成方法。来自真菌双孢蘑菇的氧气和NADH 依赖性氨基苯甲酸羟化酶ABH60，以及来自铜绿假单胞菌的乙酰辅酶A依赖性的芳基胺乙酰转移酶PANAT的K211G突变体，二者作为两种关键的代谢酶，便能组合实现扑热息痛生物合成。

在后续的发酵生产中，作者优化了两种关键代谢酶的表达比例，并测试了它们作为组成型或诱导型表达的效果；同时，作者调节了磷酸盐预处理的时间和工程化大肠杆菌的配置，以最大程度减少副产物4-AP的生成，并最终实现从PET原料起始的扑热息痛生物合成达到92%高产率的效果。

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总的来说，本文发现了一种与生物体系相容的Lossen重排反应，能够用于在大肠杆菌体内将PET塑料废弃物转化为高附加值产物扑热息痛，从而拓展了生物合成的应用场景。

本文作者：SHL

责任编辑：LYC

DOI：10.1038/s41557-025-01845-5

原文链接：https://doi.org/10.1038/s41557-025-01845-5