天津工生所通过构建人工酵母细胞合成药用萜类生物碱石斛碱

天津工生所通过构建人工酵母细胞合成药用萜类生物碱石斛碱　　

萜类化合物是分子式为异戊二烯单位的倍数的烃类及其含氧衍生物，在自然界广泛存在。目前发现的萜类就超过5万多种，其中许多是生物活性成分，如单萜（薄荷醇、芳樟醇）、倍半萜（青蒿素、圆柚酮）、二萜（紫杉醇、丹参酮A、银杏内酯）、三萜（人参皂苷、三七皂苷、甘草皂甙）、四萜 （胡萝卜素类）、萜类生物碱（石斛碱、龙胆碱、乌头碱和利血平）等。药用植物来源的萜类化合物有巨大的应用潜力和市场前景，尤其是二萜化合物（丹参酮A、雷公藤内酯醇、芫花酯甲、芫花酯乙、冬凌草甲素、紫杉醇）和三萜化合物（人参皂苷Rh2、人参皂苷Rg3）。

目前萜类化合物的生产方法主要有三种：植物提取法、化学合成法和微生物发酵法。萜类化合物在植物中的含量通常很低，植物提取法对野生植物资源易造成严重破坏；化学合成法工艺流程复杂、能耗高、污染大；相比之下，微生物发酵法不受原料的限制、生产过程绿色清洁，具有很大的优势。　　

合成生物学的发展为实现微生物发酵生产药用萜类有效成分提供了有力的支撑。

中科院天津工业生物技术研究所张学礼研究员课题组与中国中医科学院中药研究所黄璐琦研究员课题组合作，结合自身优势，共同开展人工细胞合成药用萜类化合物的研究。目前在萜类化合物的合成途径鉴定、异源基因表达的密码子优化、合成途径的标准化组装、合成途径的精细调控、发酵工艺的优化等方面进行了深入的研究，成功设计开发了一套组合调控酿酒酵母萜类合成途径的功能模块（tHMGR-upc2.1和ERG20-BTS1-SaGGPS）。

通过合理搭配，显著提高了人工酵母细胞合成二萜及三萜化合物的能力（如图）。丹参酮A合成前体次丹参酮二烯（Miltiradiene）的产量达488 mg/L，三萜角鲨烯（Squalene）产量达852 mg/L。　　

该研究为药用二萜和三萜化合物的生物合成途径解析和异源生物合成提供了坚实的基础。　　

研究成果已经被Biotechnology & Bioengineering接受发表。该研究获得973项目（2011CBA00806）、中科院百人计划和国家自然科学基金（81072990）的支持。　　

论文链接来源天津工业生物技术研究所)