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?個直鏈碳連接構成的化合物，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)技術已經(jīng)進入產(chǎn)業(yè)化階段。我國科學家在天麻素、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格昂貴。另外，化學合成方法存在成本較高和污染嚴重等缺點；植物中天麻素的生物合成通路至今還未解析清楚。因而，中國科學院天津工業(yè)生物技術研究所團隊以大腸桿菌莽草酸通路的分支酸為前體，通過過表達來源于大腸桿菌、諾卡氏菌和枯草芽孢桿菌的關鍵基因，并引入植物紅景天來源的糖基轉移酶?UGT73B6，在國際上首次創(chuàng)建了天麻素大腸桿菌合成通路。通過進一步調(diào)控莽草酸通路、UDP-?葡萄糖通路、NADPH?還原力，對糖基轉移酶進行突變和篩選，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)成本預計在?500?元/kg?以下，僅為植物提取的?1/200，化學合成的?1/2。近期，中國科學院青島生物能源與過程研究所和湖南師范大學合作，利用芳烴前體4-?甲酚的氧化降解途徑進行了生物轉化法生產(chǎn)天麻素的研究。目前，在搖瓶中投入?5?mmol/L?4-?甲酚前體時，天麻素產(chǎn)量能達到?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。中國科學院天津工業(yè)生物技術研究所與云南農(nóng)業(yè)大學合作，利用合成生物學和生物信息學技術，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鍵基因，并在釀酒酵母底盤中成功構建了燈盞乙素合成的細胞工廠。通過代謝工程改造與發(fā)酵工藝優(yōu)化，目前細胞工廠生產(chǎn)的燈盞乙素含量已達到百毫克級。

丹參素

丹參素是來源于丹參的多酚類藥物，天津大學利用丹參素與細胞自身代謝產(chǎn)物對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，實現(xiàn)了微生物細胞工廠高效合成丹參素，發(fā)酵產(chǎn)量達?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)。中國科學院天津工業(yè)生物技術研究所團隊利用莽草酸通路在大腸桿菌中構建了紅景天苷的合成通路，通過酶的定向進化和代謝調(diào)控等工作，獲得一個高產(chǎn)紅景天苷的工程菌。經(jīng)過進一步的發(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。