酰胺基团是有机合成反应中重要的中间体。通过腈水合酶(NHase)生产酰胺因其具有高效性和条件温和等优点，因而微生物法在丙烯酰胺和烟酰胺的规模化生产中得到了迅速发展。从自然界中可以分离筛选出产腈水合酶野生菌株，但筛选周期长、酶活低、偶然性大，更突出的问题是产腈水合酶野生菌同时会产酰胺酶，进一步降解酰胺转化为相应的酸。因此，通过基因工程菌对腈水合酶单独克隆具有野生菌不可替代的优势。

大连理工大学梁长海教授课题组前期发现了一种来源于红球菌的NHase并成功得到了可高效表达NHase的基因工程菌E. coli Arctic Express/pET24a-ReNHase，获得中国和美国发明专利授权（中国专利ZL201910098275.6, US Patent 11421214B2）。该菌株对二腈化合物具有显著的区域选择性和转化率，尤其对底物己二腈的转化率达99%，其催化产物5-氰基戊酰胺的区域选择性高达95%（ACS Omega. 2020, 5, 18397，Biointerphases 2022, 17, 061007，Lett. Appl. Microbiol. 2023, 76, 1）。随着底物浓度的增加，由于己二腈难溶于水、易溶于有机溶剂的特点改变了基因工程菌细胞膜的渗透性，进而导致了其生物催化活性的降低。

基于以上问题，梁长海教授课题组进一步根据大肠杆菌金字塔式的基因表达等级调控网络，通过引入全局调控因子IrrE显著提高了该基因工程菌对有机溶剂、强酸、高盐和高温的耐受性，并通过耐受性实验和细胞机理验证对插入IrrE基因提高多基因控制的基因工程菌耐受性的机理进行了阐述。相关结果以《Improved stress tolerance of recombinant Escherichia coli strain expressing nitrile hydratase by combining Global Regulator IrrE》为题近日发表在分子催化（Molecular Catalysis）期刊上。论文第一作者为博士生李佳欣，通讯作者为化工学院梁长海教授和化工海洋与生命学院王黎副教授。研究工作得到辽宁省“兴辽英才计划”(XLYC1908033)、中央高校基本科研业务费专项基金(DUT2021TD103, DUT23YG121)以及大连理工大学成都研究院的资助。

原文链接：https://doi.org/10.1016/j.mcat.2024.113904