原核生物可以生产扑热息痛，避免使用无处不在的石油化工产品

随着化石燃料的使用逐步被淘汰以满足气候政策目标，一个新出现的挑战是为使用石化产品制造的有价值化学品寻找替代合成路线。考虑到这一点，中国的研究人员进行了基因工程大肠杆菌从葡萄糖或甘油而不是苯衍生物中产生众所周知的止痛剂扑热息痛。

虽然对乙酰氨基酚的工业合成已经经过了精心调整，以满足全球需求，但这一过程远非理想。青岛生物能源与生物工艺技术研究所的黄伟解释说:“底物全部来自不可再生的石油衍生物苯，中间体有毒，对环境有害，(存在)安全性问题(以及)苯硝化的不需要的邻位异构体，(而且)会产生大量铁泥和污水。”

现在，黄和同事们设计了一种细菌菌株，可以通过生物合成途径制造扑热息痛。大肠杆菌已能从葡萄糖或甘油通过其莽草酸途径产生复合脉络草酸，然后代谢脉络草酸形成p-氨基苯甲酸，尽管含量很低。扑热息痛可以从p-氨基苯甲酸在两个生物合成步骤-氧化脱羧和区域选择性乙酰化-但是大肠杆菌本身不具备所需的酶。通过改善现有的途径p-氨基苯甲酸，然后使用基因工程插入编码其他物种酶的基因，黄的团队将生物合成途径一直延伸到扑热息痛。

而它的天然生物合成途径产生p氨基苯酸,大肠杆菌因为所需的生物合成酶本身只产生少量，所以只能少量形成这种酶。为了解决这个问题，研究人员插入了大肠杆菌相应基因的额外副本，重新设计以增加表达，以产生更多的这些酶。接下来的两步需要酶大肠杆菌不是天然产生的，研究小组随后插入编码这些蛋白质的新基因，利用生物合成途径在食用钮子菇中使用双孢蘑菇和致命的致病菌铜绿假单胞菌．

英国爱丁堡大学合成生物学专家斯蒂芬·华莱士评论说:“你可以从自然界的各个地方提取酶，并将它们组合在一个细胞中，我认为这是一个很好的例子，说明了你可以做什么。”

为了进一步提高生物合成的产量，Huang的团队利用突变研究改变了新添加的生物合成酶的关键残基，并选择了具有优异周转和选择性的突变体。优化发酵条件导致对乙酰氨基酚产量942.5毫克每升葡萄糖喂养的培养在5升规模。或者，使用较短的生物合成途径，95%的p-氨基苯甲酸原料转化，9小时每升培养产4.2g扑热息痛。黄说:“我们的策略使得细菌可以像细胞工厂一样生产这种传统药物。”

虽然这项工作是第一个原核生物合成可用量对乙酰氨基酚的例子，但黄说，扩大这种方法还需要进一步的发展:“整个设计的生物合成途径需要进一步优化。发酵和反应条件也有待改进。华莱士对此表示赞同:“每升碳的含量已经接近工业规模了。”扑热息痛的问题在于它的生产规模太大了，而石化原料的价格又很低，这在经济上可能不可行。但这正是我们在化石燃料日益减少的情况下需要做的研究。”