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工程化微生物细胞合成手性药物、农药和精细化学品是目前绿色化学的研究热点。本课题针对全细胞催化剂开发过程中的一些共性技术如细胞表面展示、代谢途径重构以及关键酶实时定量表达技术展开研究，取得以下研究结果。 一、表面展示γ-内酰胺酶制备手性抗病毒药物中间体(-)γ-内酰胺 通过生物信息学鉴定了来自野油菜黄单胞菌8004的XccEst蛋白具有自转运体(autotransporter)的典型结构。通过分子克隆、蛋白质印迹检测、酶活测定以及流式细胞分析表明不论是全长的或是截短的XccEst都能将来自古菌S.solfataricusP2的(+)γ-内酰胺酶展示在大肠杆菌细胞表面。意外发现锚定于细胞外膜的Xcc_Est将展示于细胞膜外(+)γ-内酰胺酶的最适反应温度从90℃降为30℃。利用表面展示(+)γ-内酰胺酶的全细胞催化拆分100g外消旋γ-内酰胺，可以得到49.2g(-)γ-内酰胺，ee值为99.5％。全细胞催化剂表现出非常好的工业化应用潜力。 二、基于细菌群感效应设计分子开关 本研究旨在设计一种分子开关精确控制靶基因的实时定量表达。首先将来自费氏弧菌参与群感效应的Lux系统导入到大肠杆菌，在大肠杆菌群落中建立信号分子高丝氨酸内酯（AHL）介导的细胞—细胞交流机制，并将靶基因egfp置入到启动子Plux(I)的控制之下。在细胞生长过程中，产生的AHL累积到一定浓度启动靶基因表达。随后将来自苏云金芽孢杆菌的AHL降解酶基因aiiA导入到细胞中，通过在细胞生长的不同阶段启动AiiA的表达控制环境中信号分子AHL的浓度水平，从而控制靶基因egfp的转录效率，最终实现对靶蛋白EGFP表达水平的精确控制。通过检测细胞的生长状态、靶基因在mRNA水平、蛋白质水平的表达情况证明人工设计的分子开关可以便捷高效地控制靶基因表达水平。该分子开关有望广泛应用于代谢工程和合成生物学等研究领域中。 三、逆转恶臭假单胞菌KT2440的苯甲酸降解途径合成手性药物多巴 恶臭假单胞菌KT2440是一株具有广泛有机污染物降解能力的模式菌株。本实验旨在重构该菌的苯甲酸降解途径，敲除邻苯二酚1，2-单加氧酶基因，植入来自弗氏柠檬酸杆菌的酪氨酸酚裂解酶基因。工程化改造的细胞能够催化苯甲酸、丙酮酸和氨合成左旋多巴，后者是治疗老年疾病帕金森病的一线药物。目前正在对重构的途径进行优化，从而进一步提高左旋多巴的产量。