左旋多巴（L-DOPA）又名3-(3,4-二羟基苯基)-L-丙氨酸，是由L-酪氨酸衍生而来的芳香族化合物。L-DOPA用于治疗帕金森氏症，这是由神经递质多巴胺不足引起的疾病。孟山都公司开发了一个商业化的、合成L-DOPA的不对称氢化反应过程；目前L-DOPA的合成方法包括化学合成（不对称氢化反应）、酶催化合成以及微生物发酵合成。化学合成的极大缺陷在于转化率和对映选择性都不高，因此被利用酶催化或微生物发酵的生物技术方法替代。具有酪氨酸酶、酪氨酸酚裂解酶（Tpl）和对羟基苯-3-羟化酶（PHAH）活性的微生物都可被用于合成L-DOPA。但微生物发酵法需要酪氨酸或邻苯二酚/丙酮酸作底物，势必增加了生产成本。Nakagawa等构建了一株过表达酪氨酸酶（Streptomyces castaneoglobisporus来源）的大肠杆菌，该工程菌株以葡萄糖为发酵底物、可合成293mg/L的L-DOPA；Munoz等构建了一株带PHAH活性的大肠杆菌，它以葡萄糖为发酵底物、能合成1.5g/L的L-DOPA。然而，上述大肠杆菌以葡萄糖为底物的L-DOPA发酵量远低于那些以酪氨酸或邻苯二酚/丙酮酸为底物的发酵量。因此，后续工作应围绕提高大肠杆菌以葡萄糖为底物的L-DOPA发酵量而开展。来自中山大学刘建忠组对大肠杆菌的基因组进行了基因工程改造，最终获得一株以葡萄糖为发酵底物、合成L-DOPA水平最高的工程菌，相关结果发表在近期的《Science Reports》杂志上。
在这项工作中，研究者利用单位点和多位点基因组改造方法、构建了一株以葡萄糖为发酵底物、合成L-DOPA的大肠杆菌。首先利用单位点改造方法构建了能合成L-DOPA的大肠杆菌DOPA-1，包括：敲除转录调节子（酪氨酸抑制子tyrR和碳储存调节器A csrA）；将葡萄糖转运由磷酸转移系统变成依赖ATP的摄入；过表达半乳糖透性酶和葡萄糖激酶编码基因；敲除葡萄糖-6-磷酸脱氢酶和预苯酸脱水酶及其导肽的编码基因；将融合蛋白嵌合体整合至分支酸盐的下游途径。然后，研究者利用多重自动基因工程方法（MAGE）对23个靶标位点进行了改造。最终获得的工程菌株——大肠杆菌DOPA-30N，在5L分批发酵过程中、在60h可合成8.67g/L的L-DOPA，这是依赖PHAH酶活性、以葡萄糖作发酵底物获得的最高水平的L-DOPA。
