庚二酸是一种七碳二元羧酸，被广泛应用于化工、医药及配位化学等领域。它是制备生物素、增塑剂、润滑油及聚酰胺的重要原料。目前，工业上主要使用水杨酸裂解法来制备庚二酸，但该方法存在反应条件严格、工艺流程复杂等缺点。此外，化学法合成庚二酸的收率较低，导致国内市场供不应求且价格较高。因此，寻找一种反应条件温和且成本较低的庚二酸合成方法具有重要意义。
克莱森缩合反应是脂肪酸及聚酮类化合物合成的关键步骤，已被广泛应用于戊二酸及己二酸等二元羧酸的生物合成中。该反应通过酶催化将两个碳链较短的硫酯单元缩合形成长链硫酯，用于延长碳链。催化这类反应的酶包括硫解酶、聚酮合成酶和羧化酶等。通过使用不同的催化缩合反应的酶，可以合成不同链长的功能化合物。因此，利用克莱森缩合反应在微生物中构建庚二酸的合成途径成为可能。
为了实现庚二酸的生物合成，江南大学邓禹教授团队以己二酸生物合成途径为基础，利用乙酰辅酶A和戊二酰辅酶A作为底物，在大肠杆菌中成功实现了庚二酸的生物合成。此外，他们还发现了另一条庚二酸的生物合成途径，即BIOZ途径。该途径利用丙二酰ACP和戊二酰辅酶A作为底物，通过克莱森缩合反应及后续的逆β-氧化途径合成庚二酸。
图1：克莱森缩合反应介导的庚二酸的生物合成
进一步研究发现，通过组合两条途径中的同工酶，邓禹教授团队发现在大肠杆菌中过表达bioZ、fabG、Tfu_0067、Tfu_1647和Tfu_2576-2577时，庚二酸的产量最高，达到36.7 mg·L-1，较对照菌株提高了382.9%。
图2：同工酶组合以合成庚二酸。(A) 庚二酸生物合成途径；(B)不同同工酶组合的庚二酸产量。
在这项研究中，邓禹教授团队以戊二酰辅酶A为前体，在大肠杆菌中成功实现了庚二酸的生物合成，并进一步优化了合成途径，最终菌株产生了36.7 mg·L-1的庚二酸。这是基于克莱森缩合反应合成的庚二酸的最高产量。该研究为庚二酸的生物合成提供了新的思路，也为其工业化生产奠定了基础。
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