酪醇（2-(4-羟基苯基)乙醇）是一种重要的植物天然产物，由于其在抗氧化和抗炎方面的显著特性，在医药和化工领域被广泛应用。此外，酪醇也是合成高附加值化学品的重要前体，包括羟基酪醇和红景天苷。目前酪醇可以通过植物提取、化学合成和生物合成等多种方法获取。由于微生物合成酪醇及其衍生物是一种绿色、可持续的生产方法，逐渐引起了研究者的广泛关注。
在前期研究中，通过整合来源于酿酒酵母的苯丙酮酸脱羧酶ARO10，构建了一株能够从头合成酪醇的重组大肠杆菌。然而，由于ARO10的催化效率不足，需要将多个基因拷贝插入基因组以实现增强酪醇产量。在本研究中，基于计算机模拟的半理性设计策略确定了ARO10的突变热点，再通过组合活性位点饱和策略（CAST）构建了随机饱和突变体库，并通过引入异源的羟化酶复合物HpaBC，开发了一种用于选择高产酪醇突变体的高通量筛选方法。通过多轮筛选和定点饱和突变，最终确定了两个最佳的ARO10突变体，分别为ARO10D331V和ARO10D331C，在摇瓶中酪醇滴度分别达到了2.02 g/L和2.04 g/L，相较于野生型提高了50％以上。研究表明基于计算机的半理性酶设计策略在代谢工程中的巨大潜力，以及对于目标化合物衍生物的高通量筛选方法具有一定的通用性。本研究获得了有望实现酪醇工业化生产的突变体，为高效合成酪醇衍生物奠定了坚实基础。
陈献忠教授为论文的通讯作者，助理研究员夏媛媛为第一作者。上述研究得到了国家重点研发计划（2021YFC2100102-03）、国家自然科学基金（32001064）、工业生物技术教育部重点实验室项目（KLIB-KF202210）的项目资助。
近年来，陈献忠教授团队围绕天然产物的微生物制造，在系统开展高效合成高值化合物细胞工厂构建及产业化方面取得系列成果，相关研究成果已发表在Microbial Cell Factories (2023)、Journal of Agricultural and Food Chemistry (2022)、Biochemical Engineering Journal (2022)、Biotechnology for Biofuels and Bioproducts (2022)、ACS Synthetic Biology (2022)、metabolic Engineering (2018) 等本领域权威期刊。
