α-氨基己二酸(α-Aminoadipic acid,AAA)是一种非蛋白质氨基酸。AAA是生物合成青霉素和头孢菌素等β-内酰胺抗生素的中间体,可用于化学合成抗风湿和抗癌的甲氨蝶呤衍生物。它还可用作生理活性肽(如肽抗生素和肽激素)的末端修饰剂等。目前AAA主要通过化学法合成,这些方法存在产量低和成本高的问题。本论文首次实现了大肠杆菌从头合成AAA,并通过系统代谢工程改造实现了产量的逐步提升。1、构建赖氨酸到AAA的下游途径:将酿酒酵母来源的赖氨酸酮戊二酸还原酶Lys1和酵母氨酸脱氢酶Lys9以及热红球菌来源的α-氨基己二酸半醛脱氢酶reAASADH引入大肠杆菌,通过添加前体赖氨酸实现了 α-氨基己二酸的生产。通过基因模块优化对三个酶的表达水平进行调节,将优化后的质粒表达组合转入BW25113在M10培养基发酵,从头合成α-氨基己二酸 249.93 mg·mL-1。2、增加前体赖氨酸的供应:通过敲除赖氨酸脱羧酶的编码基因(cadA和ldcC),减少赖氨酸的降解;对赖氨酸合成过程中的限速酶天冬氨酸激酶和4-羟基-四氢二吡啶甲酸合酶DapA进行过表达,产量提高至453.73 mg·mL-1。通过替换T7强启动子增强基因组中lysC和dapA两个基因的表达获得整合菌株,发酵产量达到1.88 g·L-1,提高4倍;引入谷氨酸棒杆菌来源的多功能酶Ddh替换大肠杆菌内源四步酶途径,产量进一步提高达到2.35 g·L-1。3、促进产物外排:通过引入谷氨酸棒杆菌来源的谷氨酸外排蛋白,加快产物产出,产量最终达到2.96 g·L-1。