苯丙素等莽草酸途徑來源產(chǎn)物

苯丙素是天然存在的一類苯環(huán)與?3?個(gè)直鏈碳連接構(gòu)成的化合物，如花青素、白藜蘆醇和咖啡酸等。它們主要在抗氧化作用、心血管保健、抗病毒和凝血等方面有顯著藥理活性。這些化合物的發(fā)酵法生產(chǎn)最近也有新的突破，其中?Evolva?公司研發(fā)的白藜蘆醇生產(chǎn)技術(shù)已經(jīng)進(jìn)入產(chǎn)業(yè)化階段。我國科學(xué)家在天麻素、燈盞乙素、紅景天苷和丹參素等方面有突破性進(jìn)展。

天麻素

天麻是我國名貴中藥材之一，天麻素作為天麻的主要活性成分，臨床上廣泛應(yīng)用于神經(jīng)衰弱及神經(jīng)衰弱綜合征的治療。然而天麻資源本身珍稀，且其天麻素含量低（僅為?0.4%），因而天麻素的植物提取價(jià)格昂貴。另外，化學(xué)合成方法存在成本較高和污染嚴(yán)重等缺點(diǎn)；植物中天麻素的生物合成通路至今還未解析清楚。因而，中國科學(xué)院天津工業(yè)生物技術(shù)研究所團(tuán)隊(duì)以大腸桿菌莽草酸通路的分支酸為前體，通過過表達(dá)來源于大腸桿菌、諾卡氏菌和枯草芽孢桿菌的關(guān)鍵基因，并引入植物紅景天來源的糖基轉(zhuǎn)移酶?UGT73B6，在國際上首次創(chuàng)建了天麻素大腸桿菌合成通路。通過進(jìn)一步調(diào)控莽草酸通路、UDP-?葡萄糖通路、NADPH?還原力，對(duì)糖基轉(zhuǎn)移酶進(jìn)行突變和篩選，發(fā)酵條件優(yōu)化，顯著提高了天麻素產(chǎn)量。目前，以葡萄糖為原料的天麻素生產(chǎn)成本預(yù)計(jì)在?500?元/kg?以下，僅為植物提取的?1/200，化學(xué)合成的?1/2。近期，中國科學(xué)院青島生物能源與過程研究所和湖南師范大學(xué)合作，利用芳烴前體4-?甲酚的氧化降解途徑進(jìn)行了生物轉(zhuǎn)化法生產(chǎn)天麻素的研究。目前，在搖瓶中投入?5?mmol/L?4-?甲酚前體時(shí)，天麻素產(chǎn)量能達(dá)到?433.3?mg/L。

燈盞乙素

燈盞花藥品是治療心腦血管疾病的必備藥品，在中國心腦血管領(lǐng)域中燈盞花制劑產(chǎn)品已經(jīng)占據(jù)了約?7%?的市場份額。中國科學(xué)院天津工業(yè)生物技術(shù)研究所與云南農(nóng)業(yè)大學(xué)合作，利用合成生物學(xué)和生物信息學(xué)技術(shù)，成功從燈盞花基因組中鑒定到燈盞乙素生物合成途徑中的關(guān)鍵基因，并在釀酒酵母底盤中成功構(gòu)建了燈盞乙素合成的細(xì)胞工廠。通過代謝工程改造與發(fā)酵工藝優(yōu)化，目前細(xì)胞工廠生產(chǎn)的燈盞乙素含量已達(dá)到百毫克級(jí)。

丹參素

丹參素是來源于丹參的多酚類藥物，天津大學(xué)利用丹參素與細(xì)胞自身代謝產(chǎn)物對(duì)羥苯基丙酮酸的相似性，創(chuàng)建了全新的人工替代生物合成途徑；并理性改造人工元件乳酸脫氫酶和羥化酶，提升與非天然底物的特異性，實(shí)現(xiàn)了微生物細(xì)胞工廠高效合成丹參素，發(fā)酵產(chǎn)量達(dá)?7?g/L。

紅景天苷

紅景天苷是一種極具開發(fā)前景的環(huán)境適應(yīng)藥物。紅景天生長于高寒環(huán)境，資源匱乏，不易種植，藥用組分含量低，且含有有毒物質(zhì)雜質(zhì)。中國科學(xué)院天津工業(yè)生物技術(shù)研究所團(tuán)隊(duì)利用莽草酸通路在大腸桿菌中構(gòu)建了紅景天苷的合成通路，通過酶的定向進(jìn)化和代謝調(diào)控等工作，獲得一個(gè)高產(chǎn)紅景天苷的工程菌。經(jīng)過進(jìn)一步的發(fā)酵條件優(yōu)化，目前大腸桿菌生產(chǎn)紅景天的成本僅是植物提取成本的?1/40。