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近年来，基于生物法生产聚合物分子受到广泛关注，其中以芳香基团为合成单元的高聚物具有疏水、耐火等优点。而芳香醛作为一种重要的单体物质，其生产主要依赖于高耗能的石化原料化学法。尽管已有研究利用微生物细胞工厂进行香草醛的生物转化，但产生的香草醛常常被生物体内普遍存在的醇脱氢酶还原为香草醇，从而导致产物产量下降。虽然敲除宿主内源醇脱氢酶可以在一定程度上提高香草醛的产量，但鉴定并敲除所有醇脱氢酶仍然是一个难点。

上海交通大学陶飞与许平团队近日在《德国应用化学》杂志上发表了一篇论文，阐述了一种新型的基于温度调控的全细胞催化方法，以制备芳香醛或芳香醇。研究表明，生物体内以阿魏酸为底物合成香草醛的反应主要由阿魏酰辅酶A合酶（Fcs）和烯酰辅酶A水合酶（Ech）催化完成，而香草醛还可能被香草醇脱氢酶（Vdh）催化转化为香草醇。通常，微生物来源的Fcs、Ech和Vdh在常温（30℃）下工作，如果能够找到在高温（50℃）下依然活跃的Fcs和Ech，就可以在50℃条件下进行反应以制备香草醛，同时由于Vdh在50℃下几乎失去活性，从而避免香草醛转化为香草醇的损耗。

图1 阿魏酸到香草醛反应路线

基于上述思路，研究人员首先从能够在高温下高效降解阿魏酸的嗜热放线菌Amycolatopsis thermoflava N1165中鉴定出AtFcs和AtEch，并对其进行表征。体外酶活实验结果表明，AtFcs的最适温度为25℃，但在宿主体内表达时在50℃下仍保持较高活力，而AtEch在50℃下也表现出活性。接下来，研究人员对这两个基因进行了密码子优化，并在大肠杆菌中进行表达。结果显示，在30℃时，99.2%的产物为香草醇，而在50℃时，接近80%的产物为香草醛，表明通过简单的温度调节可以实现香草醛或香草醇的高效合成。

图2 温度调节产香草醛或醇

最后，研究人员还测试了该方法在阿魏酸以外的底物谱，包括同属木质素来源的肉桂酸及其衍生物3-羟基肉桂酸、对香豆酸、咖啡酸和4-甲氧基肉桂酸。结果发现，与阿魏酸相似，在30℃时，产物几乎全为醇形式，而在50℃时，醛形式占据主要，说明该方法同样适用于其他底物。

该研究无需敲除宿主内源的醇脱氢酶，利用筛选到的耐高温AtFcs和AtEch，通过简单的温度调节方式，即可实现全细胞催化高效制备芳香醛或芳香醇。