約翰遜不動桿菌體內存在一種乙酰丙酮裂解酶（Dke1），該菌利用Dke1可以將乙酰丙酮降解為乙酸和甲基乙二醛。受此啟發，該所研究人員設計了以葡萄糖為原料的乙酰丙酮生物合成途徑（圖1）。通過在大腸桿菌體內引入關鍵酶、改變外部環境等措施，成功扭轉了降解過程，實現了乙酰丙酮的從頭生物合成，誘導24h后產量為32mg/L。為了進一步提高產量，通過與已知或推測具有乙酰丙酮裂解酶功能的蛋白進行比較，研究人員深入分析了Dke1的氨基酸序列和三維結構，確定了可能會影響Dke1催化活性的氨基酸位點，對這些潛在位點進行定點突變后獲得了一系列突變體，雙突變株K15Q/A60D的催化活性比野生型提高了3.8倍。在雙突變株催化下，乙酰丙酮在搖瓶水平的產量為116mg/L，5L發酵罐水平的產量達到556mg/L。利用結構模擬和分子對接，發現雙突變酶催化活性中心的通路體積有顯著增加，進一步揭示了突變引起酶活性提升的可能機制。除了乙酰丙酮，Dke1被證明可作用于2,4-辛二酮、2-乙酰基環己酮、3,5-二庚酮等多種β-二羰基化合物，本研究的結果也為這一類物質的生物合成提供了可能。