北理工李春教授團隊在合成生物學頂級期刊發(fā)表“構建α-香樹脂醇高產工程化酵母”研究成果
發(fā)布日期：2018-11-12 供稿：化學與化工學院 陳欣怡
編輯：李亞鑫 審核：李春 閱讀次數：
萜類化合物是植物次級代謝產物中最大的一個家族，廣泛分布于自然界中,，α-香樹脂醇是植物當中重要的五環(huán)三萜,，具有重要的生理和藥理活性。α-香樹脂醇是由(3S)-2,3-氧化鯊烯在氧化鯊烯環(huán)化酶蛋白家族α-香樹脂醇合酶(α-AS)的催化下形成的,。由于α-香樹脂醇在植物中的含量極低,，分離純化步驟繁雜，目前尚未商業(yè)化開發(fā)生產,。利用整合了高效α-AS的工程化釀酒酵母,，可用作α-香樹脂醇的可持續(xù)生產方案,。
為了提高釀酒酵母中α-香樹脂醇的產量，研究人員通過嚴格的生物學信息篩選和系統發(fā)育分析,，表征了來自枇杷和蘋果的兩種α-AS,，EjAS和MdOSC1。純化的EjAS和MdOSC1的比活性分別為0.0032和0.0293μmol/ min / mg,。 EjAS以17：3的比例產生α-香樹脂醇和β-香樹脂醇,，MdOSC1以86：13：1的比例產生α-香樹脂醇，β-香樹脂醇和羽扇豆醇,，結果表明MdOSC1具有更高的比活性和更高的α-香樹脂醇生產比例,。
圖1 三萜的生物合成
在將MdOSC1引入釀酒酵母前，研究人員對釀酒酵母進行了代謝工程改造,。α-香樹脂醇的合成前體(3S)-2,3-氧化鯊烯來自甲羥戊酸（MVA）途徑,，通過過表達MVA途徑中的四個關鍵酶（角鯊烯單加氧酶ERG1，HMG合酶tHMG1,，FPP合酶ERG20和鯊烯合酶ERG9）以增加(3S)-2,3-氧化鯊烯的供應提高萜類化合物的產量,。然而，釀酒酵母內源的羊毛甾醇合酶ERG7能夠利用(3S)-2,3-氧化鯊烯作為底物催化生成羊毛甾醇和麥角固醇,，是合成香樹脂醇的主要競爭途徑,，為了進一步提高α-香樹脂醇產量，研究人員使用CRISPR/dCas9系統對ERG7的表達進行抑制,，使流向羊毛甾醇的(3S)-2,3-氧化鯊烯代謝流降低,，更多的流向α-香樹脂醇的合成途徑。
在本研究中,，研究人員通過將α-香樹脂醇合酶MdOSC1引入釀酒酵母中,，同時增加（3S）-2,3-氧化角鯊烯的供應以實現高效生產α-香樹脂醇，搖瓶產量達到11.97±0.61mg / L,，是之前報道的最高產量的5.8倍,。該研究發(fā)表在《ACS synthetic biology》2018, 7(10), 2391-2402上。文章的第一作者是李春教授指導的天津大學化工學院博士生余源,，北理工生命學院霍毅欣教授是本文的共通訊作者,。
圖2 釀酒酵母中α-香樹脂醇的生產途徑
生物轉化與合成生物系統研究團隊（iBT-SynBios）自2005年在北理工成立以來，專注于抗逆生物催化和合成生物學的研究,，已在Metab Eng,、ACS Synth Biol、Nature Comm,、Curr Opin Biotech,、AIChE J、J Phys Chem Lett、J Biol Chem,、Chem Eng Sci,、Chem Eng J、Nucleic Acids Res,、Ind Eng Chem Res和Bioresource Technol等生物工程與化學工程領域的頂級期刊上發(fā)表文章120余篇,，獲授權發(fā)明專利26項，獲省部級科技獎勵5項,。課題組致力于利用合成生物技術和酶催化技術革新傳統微生物發(fā)酵與生物轉化模式,，將繼續(xù)開展天然產物合成途徑的構建、路徑的優(yōu)化與精確調控和生物過程集成的研究,，為實現綠色,、高效的藥物、生物基化學品的生物制造提供新思路和新方法,。
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