绿色全细胞生物催化：通过区域化改造 borneol 脱氢酶实现 (+)-borneol 的立体选择性合成

《Green Chemistry》：Green whole-cell biocatalysis: compartmentalized engineering of borneol dehydrogenase for stereoselective synthesis of (+)-borneol

　　绿色生物催化合成 (+)-borneol 的研究，通过分区工程策略重构阿朴酚蝇蛹伞脱氢酶（AlBDH），优化酶活性域协同作用，在温和水相条件下（25°C, pH6.2）实现高立体选择性和产率（45% isolated yield, >99.5% de, 30 mM 底物浓度）。该技术为中药现代化和绿色制药提供新途径。

　　

立体化学纯的(+)-莰醇的立体选择性合成——它是传统中药以及中国自主研发的一类新药Sanbexin?的重要成分——由于化学方法（强腐蚀性试剂、有机溶剂、繁琐的手性催化剂制备过程、较差的立体控制效果以及较高的全球E因子）和现有生物催化剂（效率低下、纯化成本高昂以及立体控制能力不足）的固有局限性，仍然是一个具有挑战性的课题。在此，我们报道了一种基于绿色生物催化的合成路线，该路线采用分隔化工程策略对拟南芥莰醇脱氢酶（AlBDH）进行了改造。通过将酶分为底物结合区、环状结构和催化区三个微域，并通过协同诱变（包括合理的迭代位点特异性改造、饱和改造以及同源导向的改造）获得了变异体Mu3。这种全细胞生物催化剂能够在温和的水性条件下（25°C，pH 6.2）利用异丙醇再生NADPH，将(+)-樟脑还原为(+)-莰醇，在30 mM底物浓度下， gram规模实验中实现了45%的产率和超过99.5%的立体选择性。这项工作为药用级(+)-莰醇的生产建立了一个绿色、可扩展的平台，推动了绿色化学在药物合成和传统中药现代化中的应用。