北理工李春教授團(tuán)隊(duì)在合成生物學(xué)頂級(jí)期刊發(fā)表“構(gòu)建α-香樹脂醇高產(chǎn)工程化酵母”研究成果
發(fā)布日期：2018-11-12 供稿：化學(xué)與化工學(xué)院 陳欣怡
編輯：李亞鑫 審核：李春 閱讀次數(shù)：
萜類化合物是植物次級(jí)代謝產(chǎn)物中最大的一個(gè)家族，廣泛分布于自然界中，α-香樹脂醇是植物當(dāng)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(chǎn)。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(chǎn)方案。
為了提高釀酒酵母中α-香樹脂醇的產(chǎn)量，研究人員通過嚴(yán)格的生物學(xué)信息篩選和系統(tǒng)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(chǎn)生α-香樹脂醇和β-香樹脂醇，MdOSC1以86：13：1的比例產(chǎn)生α-香樹脂醇，β-香樹脂醇和羽扇豆醇，結(jié)果表明MdOSC1具有更高的比活性和更高的α-香樹脂醇生產(chǎn)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(duì)釀酒酵母進(jìn)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(dá)MVA途徑中的四個(gè)關(guān)鍵酶（角鯊烯單加氧酶ERG1，HMG合酶tHMG1，F(xiàn)PP合酶ERG20和鯊烯合酶ERG9）以增加(3S)-2,3-氧化鯊烯的供應(yīng)提高萜類化合物的產(chǎn)量。然而，釀酒酵母內(nèi)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(jìng)爭(zhēng)途徑，為了進(jìn)一步提高α-香樹脂醇產(chǎn)量，研究人員使用CRISPR/dCas9系統(tǒng)對(duì)ERG7的表達(dá)進(jìn)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(shí)增加（3S）-2,3-氧化角鯊烯的供應(yīng)以實(shí)現(xiàn)高效生產(chǎn)α-香樹脂醇，搖瓶產(chǎn)量達(dá)到11.97±0.61mg / L，是之前報(bào)道的最高產(chǎn)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(dǎo)的天津大學(xué)化工學(xué)院博士生余源，北理工生命學(xué)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(chǎn)途徑
生物轉(zhuǎn)化與合成生物系統(tǒng)研究團(tuán)隊(duì)（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(xué)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(xué)工程領(lǐng)域的頂級(jí)期刊上發(fā)表文章120余篇，獲授權(quán)發(fā)明專利26項(xiàng)，獲省部級(jí)科技獎(jiǎng)勵(lì)5項(xiàng)。課題組致力于利用合成生物技術(shù)和酶催化技術(shù)革新傳統(tǒng)微生物發(fā)酵與生物轉(zhuǎn)化模式，將繼續(xù)開展天然產(chǎn)物合成途徑的構(gòu)建、路徑的優(yōu)化與精確調(diào)控和生物過程集成的研究，為實(shí)現(xiàn)綠色、高效的藥物、生物基化學(xué)品的生物制造提供新思路和新方法。
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