一款新化工工艺被开发，草甘膦可成功实现绿色合成

草甘膦是一种广泛使用的除草剂，目前其商业化生产过程涉及到诸多有毒的化合物、试剂和废物。近期，许多国家尤其我国，加强了对草甘膦生产的环境监管和执法，造成该农药的价格持续上升。因此，迫切需要研发一种草甘膦的绿色合成途径。

近期福建农林大学生命科学学院高江涛课题组在Nature Communications在线发表了题为“Harnessing phosphonate antibiotics argolaphos biosynthesis enables a synthetic biology-based green synthesis of glyphosate”的研究论文，利用合成生物学策略成功实现农药草甘膦的绿色合成。

草甘膦并不是一个自然合成的天然产物，目前不太可能直接通过发酵生产这种除草剂。作者在15年从S. monomycini NRRL B-2430915中分离得到化合物3和4，并通过Marfey反应对化合物构型得到确认，3和4的一个重要中间体是氨基甲基膦酸盐(AMP)，而AMP又是草甘膦分解的时候一个重要产物，这引起了作者的兴趣。

前期课题组负责人利用基因组挖掘技术从链霉菌NRRL B-24309培养粗提物中分离出两种膦酸类小分子抗生素，argolaphos A和B。两种化合物均由氨基甲基膦酸盐（AMP）与非标准氨基酸N5-羟基精氨酸形成肽键，而氨基甲基膦酸盐（AMP）可以成为合成草甘膦的前体小分子。课题组利用异源表达及生化方法鉴定了生物合成AMP所需要的六个结构基因（AlpG-L）并研究了其生物合成途径（图1），为合成生物学工程化改造提供基础（图2）。

之后课题组使用启动子-绝缘子-RBS策略来提高在Streptomyces lividans的AMP产量，发酵浓度达到52 mg L-1，比原始菌株提高了500倍（图3）。

此外，课题组开发了一种将AMP转化为草甘膦的高效实用的化学工艺。课题组尝试了两种合成路线（图4），最终发现在水中进行还原胺化能高效合成草甘膦。在室温下使用α-pic-BH₃在H₂O和AcOH中完成AMP与乙醛酸的还原胺化1小时，草甘膦以高产率获得。以更大的规模（1克）进行相同的反应，并以相似的产率获得草甘膦。

综上所述，该课题组最终研制出了草甘膦生产中一种绿色驱动的替代方案。