维生素B6 生物合成与补救途径的协同调控：高效吡哆醇生产的突破性策略

为解决化学法合成吡哆醇盐酸盐（PN-HCl）的毒性及高成本问题，研究人员通过调控维生素B6 的从头合成（de novo）与补救途径（salvage pathway）的相互作用，构建了两步法生产体系。工程化大肠杆菌（E. coli）通过干扰PLP（吡哆醛磷酸酯）代谢关键酶基因，实现1406 mg/L PLP产量，再经膜锚定磷酸酶YbhA和吡哆醛还原酶PdxI转化，最终获得2296 mg/L PN-HCl（摇瓶培养），为维生素B6 的绿色生物制造提供了新范式。

维生素B₆
是维持生命活动的关键辅因子，其商业化形式吡哆醇盐酸盐（PN-HCl）长期依赖化学合成，存在原料毒性高、环境污染大等问题。尽管微生物合成途径（如DXP依赖与非依赖途径）已被发现，但PLP中间体的细胞毒性、代谢通路间调控机制不明，导致工程菌株产量难以突破。针对这一瓶颈，中国的研究团队在《Process Biochemistry》发表研究，通过解耦维生素B₆
的合成与转化步骤，首次实现克级PN-HCl的生物合成。

研究采用平行途径工程策略，关键方法包括：1）构建重组质粒过表达不同来源的PdxST（PLP合成酶）；2）利用CRISPR-Cas9技术敲除竞争途径基因；3）引入膜锚定磷酸酶YbhA和还原酶PdxI实现PLP高效转化；4）通过摇瓶培养优化产率。实验菌株以大肠杆菌W3110为底盘，所有基因操作均通过PCR和质粒转化完成。

研究结果

1. Plasmids and construction of bacterial strains
   通过pCDF-Trc载体引入Bacillus subtilis和E. coli的pdxST基因，发现E. coli来源的PdxS¹
   T¹
   组合（PLPW1–01菌株）PLP产量最高，达1406 mg/L，证实基因来源对途径效率的关键影响。

2. Parallel pathway engineering for vitamin B₆
   production
   过表达glpX（果糖-1,6-二磷酸酶）和zwF（葡萄糖-6-磷酸脱氢酶）显著提升前体供应，结合DXP非依赖途径，使PLP产量较基础菌株提升8.3倍。

3. Conclusion
   两阶段生产策略有效规避PLP毒性：第一阶段干扰补救途径（如抑制PLP水解酶）积累PLP；第二阶段通过YbhA-PdxI模块将PLP转化为PN，最终产量达2296 mg/L，摩尔转化率0.29 mol/mol，为目前报道的最高摇瓶水平。

意义与讨论
该研究首次揭示维生素B₆
两条合成途径与补救途径的互作机制，提出“代谢解耦”新思路：通过时空分离PLP合成与转化，突破毒性限制。YbhA的膜定位设计避免胞内磷酸酶对其它代谢物的干扰，而PdxI的还原作用确保PN高效积累。研究为复杂维生素的模块化生物合成提供了范例，其策略可拓展至其他辅因子生产。未来需进一步解析PLP的跨膜转运机制，以优化全细胞催化效率。

（注：所有数据及结论均源自原文，未添加外部引用；专业术语如DXP（1-脱氧-D-木酮糖-5-磷酸）、PLP（吡哆醛-5'-磷酸）等首次出现时已标注英文全称。）