四氢嘧啶(Ectoine)是一种环状天冬氨酸衍生物，它可以减轻极端环境对蛋白质、核酸和细胞膜的有害影响以保护活细胞，广泛应用于酶工业、化妆品和生物医学等领域。然而居高不下的生产成本限制了其在消费市场上的推广，因此通过工程化菌株高效生产四氢嘧啶，大幅降低生产成本将是十分有价值的。

商业四氢嘧啶传统上是通过嗜盐细菌盐单胞菌的“细菌挤奶”生产的，这涉及到将其反复暴露在高盐和低盐培养基中。相比之下，将典型的工业菌株如大肠杆菌(e.c oli)或谷氨酸棒状杆菌(Corynebacterium glutamum)进行生物技术工程，在温和的栽培条件下生产四氢嘧啶，避免了高盐度的应用，简化了生产流程。

近日，江南大学康振教授课题组通过工程化大肠杆菌，优化补料分批发酵工艺实现了以葡萄糖作为唯一碳源高产四氢嘧啶，为其他天冬氨酸衍生物的微生物制造提供了重要思路。文章发表在Green Chemical Engineering (GreenChE)，题为“Engineering Escherichia coli for high-yield production of ectoine”(DOI: 10.1016/j.gce.2021.09.002)。

该工作通过选择表达宿主和载体、核糖体结合序列设计优化四氢嘧啶合成途径以及增强前体供应，以葡萄糖为唯一碳源进行补料分批发酵四氢嘧啶产量可达60.7 g/L。由于避免了基因敲除策略，构建的重组菌株比其他产生四氢嘧啶的菌株表现出更强的适应性、更强的生长能力以及更高的生产力，为大肠杆菌合成其他天冬氨酸衍生物提供了思路。

来自江南大学的共同通讯作者康振解释道：“大肠杆菌是应用最广泛的工业细菌之一。它的遗传背景和代谢途径得到了很好的研究。也有复杂和易于操作的栽培程序。在此过程中使用大肠杆菌可提高四氢嘧啶生产过程的效率。此外，与其他生产四氢嘧啶的菌株相比，重组菌株具有较好的生长性能和较高的产量。重要的是，它也不会破坏基因组基因，因此在基因上更稳定。”