4-羟基异亮氨酸（4-hydroxyisoleucine,4-HIL）是一种具有促进胰岛素分泌、调节血脂异常、促进脂肪代谢等功能的非蛋白质氨基酸,在治疗糖尿病方面具有潜在的价值。实验前期研究已从土壤中筛选获得一株含异亮氨酸双加氧酶（ido）基因的芽孢杆菌,并在大肠杆菌中克隆表达,构建了将L-异亮氨酸（L-isoleucine,L-ILe）一步催化合成4-HIL的重组菌。本研究基于重组IDO催化异亮氨酸羟基化的性质和条件对反应过程进行调控,扩大转化体系探究高底物浓度下的转化效率,进一步提高4-HIL的产量。其主要研究结果如下:（1）外源添加L-ILe,以重组大肠杆菌E.coli BL21/pET28a-ido作为催化酶源,基于IDO催化异亮氨酸羟基化的生物转化条件,在摇瓶水平进行单因素优化,发现采用诱导16 h的静止态全细胞作为催化剂的转化效果最佳,且在α-酮戊二酸（α-KG）与底物摩尔浓度比为1:1,Fe²⁺2 g·L^-1、Vc 5 mmol·L^-1条件下,全细胞催化效率最好,在300mmol·L^-11 L-ILe浓度下可一次催化生成190 mmol·L^-1 4-HIL。（2）该催化反应是以细胞作为酶源,发酵结束后的菌体浓度一定程度上可以反映IDO酶量,为了获得更多的细胞以节约生产成本,对重组大肠杆菌E.coli BL21/pET28a-ido发酵条件进行了优化。其中发酵培养基初始pH为7.0,接种量4%,以甘油作为碳源,且浓度为10 g·L^-1时,发酵10 h后细胞活性最好,产物4-HIL的积累量最高。对乳糖诱导条件进行优化,确定其最佳条件为:乳糖浓度5 g·L^-1、诱导温度45℃、乳糖加入时机12 h,诱导时长20 h,发酵结束后OD₆₀₀可达12。利用3 L罐培养重组大肠杆菌,发酵24 h,菌体OD₆₀₀达到44,细胞的催化效率保持在90%,成功利用乳糖替代IPTG诱导,弥补了IPTG价格昂贵且对细胞有毒害作用的缺陷。（3）结合摇瓶优化结果,对全细胞催化体系进行放大,在500 mL反应器上对重组菌的菌浓,搅拌速度进行单因素优化,对细胞进行冷冻处理,使得在300 mmol·L^-1底物浓度下可生成250 mmol·L^-1的4-HIL,相比摇瓶水平,4-HIL的产率提高了20%。继续增大底物浓度,通过后期补加辅底物α-KG,使得底物800 mmol·L^-1下,可催化生成630mmol·L^-1的4-HIL,其产率达到78%。在底物最大溶解度浓度下,对重组细胞进行分批次反应,以300 mmol·L^-1底物作为反应浓度,经过3批次反应后,单批次催化生成4-HIL的浓度仍保持在220 mmol·L^-1,解决了高底物浓度下产物产率低的问题,为全细胞大规模生产4-HIL奠定了基础。