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，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。