随着代谢工程与合成生物学不断取得突破和进展,使得更多的苯酚类芳香族化合物更容易实现绿色、清洁、可持续的规模化生产。本研究以多巴胺和羟基酪醇为目标产物,通过质粒水平、基因组水平和全细胞催化水平的代谢途径设计和优化改造,构建产多巴胺（DA）和羟基酪醇（HT）的细胞工厂,提高多巴胺和羟基酪醇的产量。多巴胺是多种天然抗氧化药物生物合成的前体物质,调控机体内多种生理功能,常用于多种类型休克的临床治疗。基于序列的同源比对挖掘策略被用于开发多巴脱羧酶（Ddc）,筛选得到的果蝇来源多巴脱羧酶（Dm Ddc）在重组大肠杆菌体内表达,可高效催化左旋多巴（L-DOPA）转化为多巴胺,并提高产物中多巴胺产量及纯度。基于质粒表达多巴脱羧酶基因Dmddc的工程菌分批补料发酵多巴胺的产量达16.2 g/L,左旋多巴残余量为0.23 g/L。将Dmddc整合到基因组上,获得遗传稳定的工程菌,在分批补料发酵条件下,多巴胺产量最高达到17.7 g/L,相比目前国内外报道的最高产量提高了7倍多。由于多巴胺浓度大于5 g/L时,细胞生长受到显著抑制。本研究开发了一种发酵生产L-DOPA和全细胞催化L-DOPA到DA的协同生产工艺用于从葡萄糖合成DA,有效地解除了DA生物毒性对菌株发酵放大生产的限制。最终从葡萄糖合成多巴胺产量为30.81 g/L,全细胞催化L-DOPA到DA的摩尔转化率大于90%,协同工程从葡萄糖到多巴胺的摩尔转化率大于15.1%。通过组合优化调控Ddc与酪胺氧化酶（TYO）延伸多巴胺的合成途径,并敲除副产物途径的苯乙醛脱氢酶基因fea B构建产羟基酪醇细胞工厂,从简单碳源有效合成435 mg/L的HT。通过组合表达芳香醛合成酶、醇脱氢酶、葡萄糖脱氢酶,引入NAD+/DADH辅酶因子再生系统,构建三酶混合催化L-DOPA生产HT体系,HT产量达到667.9 mg/L。另外,利用L-α-氨基酸转氨酶、L-谷氨酸脱氢酶、α-酮酸脱羧酶、醇脱氢酶的四酶混合催化体系可以生产羟基酪醇2.48 g/L。综上所述,该工作为可持续生产DA和HT提供了一种极具前景的替代方案,并具备放大生产的潜能。