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北理工化院李春教授团队在合成生物学顶级期刊发表“构建α-香树脂醇高产工程化酵母”

作者: | 发布日期:2018-11-09  |  浏览量:  

供稿:化学与化工学院 陈心怡   编辑:李亚鑫

 

    萜类化合物是植物次级代谢产物中最大的一个家族,广泛分布于自然界中,α-香树脂醇是植物当中重要的五环三萜,具有重要的生理和药理活性。α-香树脂醇是由(3S)-2,3-氧化鲨烯在氧化鲨烯环化酶蛋白家族α-香树脂醇合酶(α-AS)的催化下形成的。由于α-香树脂醇在植物中的含量极低,分离纯化步骤繁杂,目前尚未商业化开发生产。利用整合了高效α-AS的工程化酿酒酵母,可用作α-香树脂醇的可持续生产方案。

 

    为了提高酿酒酵母中α-香树脂醇的产量,研究人员通过严格的生物学信息筛选和系统发育分析,表征了来自枇杷和苹果的两种α-AS,EjAS和MdOSC1。纯化的EjAS和MdOSC1的比活性分别为0.0032和0.0293μmol/ min / mg。 EjAS以17:3的比例产生α-香树脂醇和β-香树脂醇,MdOSC1以86:13:1的比例产生α-香树脂醇,β-香树脂醇和羽扇豆醇,结果表明MdOSC1具有更高的比活性和更高的α-香树脂醇生产比例。

 

图1 三萜的生物合成

 

    在将MdOSC1引入酿酒酵母前,研究人员对酿酒酵母进行了代谢工程改造。α-香树脂醇的合成前体(3S)-2,3-氧化鲨烯来自甲羟戊酸(MVA)途径,通过过表达MVA途径中的四个关键酶(角鲨烯单加氧酶ERG1,HMG合酶tHMG1,FPP合酶ERG20和鲨烯合酶ERG9)以增加(3S)-2,3-氧化鲨烯的供应提高萜类化合物的产量。然而,酿酒酵母内源的羊毛甾醇合酶ERG7能够利用(3S)-2,3-氧化鲨烯作为底物催化生成羊毛甾醇和麦角固醇,是合成香树脂醇的主要竞争途径,为了进一步提高α-香树脂醇产量,研究人员使用CRISPR/dCas9系统对ERG7的表达进行抑制,使流向羊毛甾醇的(3S)-2,3-氧化鲨烯代谢流降低,更多的流向α-香树脂醇的合成途径。


    在本研究中,研究人员通过将α-香树脂醇合酶MdOSC1引入酿酒酵母中,同时增加(3S)-2,3-氧化角鲨烯的供应以实现高效生产α-香树脂醇,摇瓶产量达到11.97±0.61mg / L,是之前报道的最高产量的5.8倍。该研究发表在《ACS synthetic biology》2018, 7(10), 2391-2402上。文章的第一作者是李春教授指导的天津大学化工学院博士生余源,北理工生命学院霍毅欣教授是本文的共通讯作者。

 

图2 酿酒酵母中α-香树脂醇的生产途径

 

    生物转化与合成生物系统研究团队(iBT-SynBios)自2005年在北理工成立以来,专注于抗逆生物催化和合成生物学的研究,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等生物工程与化学工程领域的顶级期刊上发表文章120余篇,获授权发明专利26项,获省部级科技奖励5项。课题组致力于利用合成生物技术和酶催化技术革新传统微生物发酵与生物转化模式,将继续开展天然产物合成途径的构建、路径的优化与精确调控和生物过程集成的研究,为实现绿色、高效的药物、生物基化学品的生物制造提供新思路和新方法。

 

(审核:李春)