抗胆碱能药物能抑制胆碱能神经功能,从而治疗呼吸系统疾病。光学纯的奎宁醇是抗胆碱能药物的一种重要中间体,因其3位的手性碳,使其具有(S)-奎宁醇和(R)-奎宁醇两种构型。(R)-奎宁醇是抗胆碱能药物瑞伐托酯的中间体,其生物合成方法已经多有报道。(S)-奎宁醇是抗血清素受体拮抗剂药物和抗胆碱药物的中间体。其合成通常是通过构型转化的方法,以3-奎宁酮为原料,经硼氢化钾还原、与乙酰氯成酯、水解得到。该合成(S)-奎宁醇的方法较为繁琐,若引入生物催化剂使得奎宁酮一步还原为(S)-奎宁醇,将既能解决繁琐的反应步骤这一不足,又能得到光学纯的(S)-奎宁醇。在前期的工作中,本工作通过菌种筛选技术,从土壤中筛选获得一株能还原奎宁酮不对称合成(S)-奎宁醇的菌株-红串红球菌(Rhodococcus erythropolis WY1406)。该菌株能将奎宁酮不对称还原为光学纯的(S)-奎宁醇,转化率达95%,ee值大于99%。但由于利用野生菌株生产具有培养周期长,活性较低等不足,作为催化剂在应用上具有一定的局限性。本课题采用基因克隆的技术,利用已报道的奎宁酮还原酶基因为探针,对红球菌属基因组进行分析比对,在基因库中进行筛选,利用得到的基因组进行引物设计,并从已有的红串红球菌株中克隆得到羰基还原酶基因,并将其表达在大肠杆菌BL21(DE3)中,对构建成功的基因工程菌验证其活性及立体选择性。结果表明,利用通过筛选得到的29条引物进行基因克隆,得到16条基因,经过大肠杆菌BL21(DE3)表达后,仅有一个基因ReQR-16表达为包涵体,其余的均为可溶性表达。利用粗酶液检测它们催化奎宁酮还原的活性及立体选择性,发现只有6个基因表达的酶能还原奎宁酮,其中有2个基因表达的酶还原产物的ee值大于99%。最终,利用该基因的全细胞进行放大规模的催化反应研究,发现基因ReQR-25表达的目标酶能在14h内转化5g/L的底物奎宁酮转化率达93%。通过本实验所得到的带有奎宁酮还原酶基因的基因工程菌,能在较短时间内获得一种新的单一构型的奎宁醇产物。弥补了化学法合成光学纯的(S)-奎宁醇的不足,为工业化生产光学纯的(S)-奎宁醇提供了一种新方法。