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手性扁桃酸和D-苯甘氨酸是重要的医药中间体，目前制造原料为化石燃料，开发基于可再生原料的生产工艺，可减少对石化燃料的依赖程度。本工作通过对芳香族氨基酸代谢途径的延伸改造，拼接组建了这些中间体的人工合成途径，实现了在大肠杆菌中发酵葡萄糖来制备手性扁桃酸和D-苯甘氨酸的目标。 2006年Müller等曾报道大肠杆菌中引入东方拟无枝酸菌来源的对羟基扁桃酸合酶，即可将L-苯丙氨酸的前体，苯丙酮酸转化为S-扁桃酸。本论文通过敲除大肠杆菌的L-苯丙氨酸，L-酪氨酸以及L-色氨酸等氨基酸的合成支路，可使S-扁桃酸的合成量从0.092g/L增加到0.74g/L。另一方面，当Müller等使东方拟无枝酸菌来源的对羟基扁桃酸合酶，天蓝色链霉菌来源的对羟基扁桃酸氧化酶和恶臭假单胞菌来源的D-对羟基苯甘氨酸转氨酶等的编码基因导入大肠杆菌，所得工程菌可催化苯丙酮酸经苯乙酮酸合成D-苯甘氨酸。据此，在本项工作中，从光合细菌克隆获得编码转氨酶的基因并转入大肠杆菌，结果重组菌发酵合成的D-苯甘氨酸浓度为0.165g/L；进一步再用牧草红酵母来源的D-扁桃酸脱氢酶替换D-对羟基苯甘氨酸转氨酶，可使S-扁桃酸转化为R-扁桃酸的浓度达0.68g/L，这是发酵法制备手性扁桃酸的首次报道。 若以细胞干重为基准计算，D-苯甘氨酸的摇瓶发酵产量则为0.078g/gDCW，该值略低于文献报道的0.102g/gDCW。作者认为，如将上述人工途径引入到L-苯丙氨酸高产菌株中，有望进一步提高产量。论文工作就对羟基扁桃酸合酶与底物之间的亲和力进行了测定和比较，结果证明其与苯丙酮酸的亲和力仅为天然底物对羟基苯丙酮酸的1/70；同时，当主要竞争途径L-苯丙氨酸支路被敲除后，苯丙酮酸出现了积累。两者均暗示对羟基扁桃酸合酶催化的这步反应乃是合成途径的限速步骤，改造对羟基扁桃酸合酶，提高其与苯丙酮酸的亲和力可能对这一瓶颈的疏通具有积极作用。已知D-苯甘氨酸发酵法制备产量较低，且D-对羟基苯甘氨酸转氨酶的转氨平衡倾向于底物方向，致使D-对羟基苯甘氨酸的发酵法合成受阻。因此，寻找有利于高效合成D-苯甘氨酸和D-对羟基苯甘氨酸的D-型转氨酶是提高D-苯甘氨酸发酵产量和实现D-对羟基苯甘氨酸发酵合成的关键。通过进一步的合成途径和发酵条件优化，有助于手性扁桃酸和D-苯甘氨酸发酵法制备成本的降低，增强其对于化石基合成路线的竞争力。