近日，Biotechnology Advances发表了江南大学未来食品科学中心和粮食发酵工艺与技术国家工程实验室陈坚院士团队周景文教授课题组的综述论文“Comparative analysis of the chemical and biochemical synthesis of keto acids” (Luo et al., Biotechnology Advances. 2021, 47: 107706.)。2015级博士毕业生罗正山助理研究员为论文第一作者，周景文教授为通讯作者。
酮酸作为一种有生物活性的双官能团物质，是有机合成、药物合成及生物合成的重要中间体，在医药、饲料、食品、化学合成等领域有着重要的应用。例如，在医药领域，α-酮基-γ-甲基硫代丁酸用于治疗尿毒症患者，2-酮基-L-古洛糖酸已被广泛用于合成L-抗坏血酸。在化学合成中，酮酸被用作农药，诊断检测试剂，氨基酸和高性能弹性材料的合成前体。随着酮酸应用领域的不断增加，当前国内外市场对酮酸的需求也在随之增加。因此，发展绿色酮酸工业已成为国内外研究与产业界人员共同关注的热点。
目前，酮酸的工业化生产方式主要包括化学合成和生物合成。随着化学合成技术和分析技术几十年的发展，用于制备酮酸的化学路线和工艺得到了充分的发展并成熟，这奠定了化学合成是当前酮酸工业化生产的主要方法。近年来，随着代谢工程和合成生物学技术的发展，酮酸合成的生化路线被提出并得到了很大的改进和完善。研究人员应用不同的代谢工程策略来优化和改进微生物利用可再生碳水化合物制备特定的酮酸。经过十多年的发展，目前少数酮酸的生物合成方法已被应用于工业化生产。如利用光滑球拟酵母和解酯亚洛酵母分别发酵合成丙酮酸和酮戊二酸的技术实现了丙酮酸和酮戊二酸的工业化生产。虽然酮酸的化学与生物合成方法已经取得了相当大的进展，但一些关键的问题和挑战仍然有待解决，包括不可再生资源的利用、化学途径造成的环境污染、具有成本优势的酮酸生化合成途径效率低、产品精制工艺复杂等，这些问题严重阻碍了酮酸工业的绿色发展。
为了更好地理解和促进酮酸工业的绿色发展，该综述首先对酮酸的类型和应用进行了系统的总结和归纳。随后，系统地介绍和比较了用于生产不同酮酸的化学和生物合成路线，以及总结了每种酮酸当前合成研究的进展，在此基础上，比较了每种酮酸的不同合成路线优缺点。这些包括丙酮酸（PA），2-氧代丁酸（2-OBA），乙酰乙酸（ATA），草酰乙酸（OAA），α-酮戊二酸（α-KG），乙酰丙酸（LA），5-氨基乙酰丙酸（5-ALA），α-酮异戊酸（α-KIV），α-酮-γ-甲基硫代丁酸（α-KMTB），α-酮异己酸（α-KIC），2-酮-L-古洛糖酸（2-KLG），2-酮-D-葡萄糖酸（2-KGA），5-酮-D-葡萄糖酸（5-KGA），和苯丙酮酸（PPA）。此外，从两个方面提出了当前酮酸的化学合成工业化生产方式和生物合成工业化生产方式各自面临的挑战及问题。针对目前通过生化途径工业生产酮酸所面临的挑战和问题，该综述从不同方面进一步总结了一些加速生化途径应用于酮酸工业生产的策略，如：（1）挖掘和设计酮酸生产的高效新途径；（2）通过强化生化途径改善酮酸积累的策略；（3）开发化学合成和生化方法相结合的酮酸合成新途径；（4）开发高效酮酸分离技术。通过本综述的介绍，以期为研究人员改进酮酸生产工艺的研究提供指导和帮助，有望能加速酮酸绿色工业发展的进程。
上述研究工作得到了国家重点研究发展计划（2019YFA0904800），国家优秀青年基金（21822806），国家轻工业技术与工程一流学科计划（LITE2018-08）、江苏省青年科学基金（BK20200692），江苏省农业自主创新基金（JASTIF）（CX（20）3049），中国博士后科学基金（2020M671466），江苏省高等学校自然科学基金（20KJB530016），江苏省博士后研究基金会（2020Z115）的资助。
图1 用于合成酮酸的典型化学路线
图2 用于合成酮酸的生物途径
图3 近年来酮酸发酵和酶转化生产的发展概况
原文链接：https://mp.weixin.qq.com/s/TzhhofA3N3nlUzHS0P9tCw
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