北理工李春教授團隊在合成生物學頂級期刊發表“構建α-香樹脂醇高產工程化酵母”研究成果
發布日期：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，目前尚未商業化開發生產。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表文章120余篇，獲授權發明專利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酵與生物轉化模式，將繼續開展天然產物合成途徑的構建、路徑的優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。
分享到：