烟酰胺腺嘌呤二核苷酸（Nicotinamide Adenine Dinucleotide, NAD）是生物体不可或缺的辅酶。调控NAD水平被广泛应用于设计细胞的性能，但由于NAD关联大量代谢反应，导致其调控策略的可预见性低。
近期，中国科学院大连化学物理研究所研究团队在非天然辅酶研究领域取得新进展。该团队以烟酸单核苷酸(Nicotinic Acid Mononucleotide, NaMN)腺苷酰转移酶(NadD)为模板，半理性设计并改造其底物NaMN和腺苷三磷酸(Adenosine triphosphate, ATP)的结合口袋，获得偏好烟酰胺单核苷酸(Nicotinamide Mononucleotide, NMN)和胞苷三磷酸(Cytidine Triphosphate, CTP)的突变体——烟酰胺胞嘧啶二核苷酸合成酶 (Nicotinamide Cytosine Dinucleotide Synthetase, NcdS)。研究人员在大肠杆菌中表达NcdS，实现了利用内源的CTP和NMN合成烟酰胺胞嘧啶二核苷酸(Nicotinamide Cytosine Dinucleotide, NCD)；通过强化前体合成步骤，胞内NCD含量可超过天然辅酶，达到5.0mM，获得NCD自给型平台菌株。此外，研究人员通过表达NCD偏好型苹果酸酶和D-乳酸脱氢酶，发现可将苹果酸高选择性转化为D-乳酸，表明胞内形成了NCD介导的代谢子系统，对精准调控NAD关联代谢具有重要参考价值。
该项研究解决了胞内NCD供给难题，为基于非天然辅酶的合成生物学和化学生物学研究奠定了基础。相关研究成果发表在《Nature Communications》杂志。
论文链接：https://www.nature.com/articles/s41467-021-22357-z
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