在没有外部氧气供应的连续反应器系统中以光驱动的光生物催化氧功能化

科学领域:

• 生物催化剂和代谢工程
• 可持续的化学合成
• 光合作用生产氧气的过程.

背景情况:

• 氧基酶是C-H氧功能化的宝贵生物催化剂,但在连续系统中面临氧气供应的挑战.
• 通过气液接口运输氧气需要高压或专用材料,阻碍可扩展性.
• 现有的方法经常受到氧气限制的影响,影响体积生产率和效率.

研究的目的:

• 开发一种使用光合作用氧气生产的生物催化氧化过程中提供氧气的新方法.
• 为了设计蓝藻细菌来表达一个Baeyer-Villiger单氧酶,用于合成e-caprolactone.
• 为了评估这个系统在批量和连续流反应堆中的效率.

主要方法:

• 设计了菌 *Synechocystis* sp. 的工程. PCC 6803 来表达来自 *Burkholderia xenovorans* 的 Baeyer-Villiger 单氧酶.
• 使用的全细胞蓝藻细菌生物催化剂用于氧化循环松到e-caprolactone.
• 在批量和连续线圈反应器中进行的反应,有控制的氧气供应.

主要成果:

• 工程菌成功地使用内部生成的光合作用氧产生了e-caprolactone.
• 使用蓝藻细菌生物催化剂的连续流系统即使在氧气限制下也实现了高体积生产率 (3 mmol L^-1 h^-1).
• 与批量模式相比,在连续线圈反应堆中观察到时空产量的7倍改善.

结论:

• 使用工程菌的光自营性生产系统克服了用于生物催化氧功能化的氧气供应限制.
• 这种流动催化和光合作用氧生产的结合方法使得化学合成更加可持续.
• 与传统方法相比,蓝藻细菌的全细胞系统显示出更好的废物与产品的比率和原子经济.