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酵母細胞工廠首次實現人參皂苷的生物合成

时间:2014-04-03 15:08:57  来源:  作者:
    3月7日,國際學術期刊Cell Research在線發表了關于酵母從單糖合成稀有人參皂苷compound K (CK)的最新研究成果“Production of bioactive ginsenoside compound K in metabolically engineered yeast”。該研究發現與鑒定了一個來源于人參的UDP-糖基轉移酶(UGTPg1),它特異性催化達瑪型四環三萜化合物中的C-20S羟基糖基化,在酵母底盤細胞中將其與人工構建的原人參二醇合成途徑共表達,實現了從單糖到稀有人參皂苷CK的生物合成。
    人參號稱“百草之王”。在中國、韓國和日本用于強身、保健、防病以及抗衰老已有上千年的曆史了。人參皂苷是人參中的主要有效成份,屬于三萜類化合物,目前已經從人參中分離出了至少60種人參皂苷。稀有人參皂苷CK是口服人參或人參總皂苷後在血液中檢測到的主要活性成分,被認爲是人參在體內代謝後被吸收到血液並發揮作用的主要活性分子。CK被報道具有抗癌、保肝、抗炎症和治療糖尿病等多種潛在藥用價值,由于其在防治關節炎方面的效果已完成臨床前實驗,2013年國家食品藥品監督管理總局批准開展相關臨床實驗。
    由于CK始終沒有在人參總皂苷中檢測到,目前主要是通過對原人參二醇型皂苷進行糖基水解來獲取它。這類制備方法依賴于人參皂苷資源的供給。由于野生的人參資源已基本耗竭,而人參的人工栽培又面臨生長周期長、病蟲害和連作障礙等問題,人參皂苷資源的供給、品質及安全性都面臨挑戰。
    利用合成生物学合成人参皂苷近年来受到极大的关注, 2011年韩国科学家在克隆与鉴定原人参二醇合成途径关键酶的基础上构建了可以生产原人参二醇的酵母细胞,2012年他们又鉴定了催化原人参二醇产生原人参三醇的细胞色素P450(CYP716A53v2)。今年1月底中国科学院天津工业生物技术研究所张学礼研究員课题组和中国中医科学院中药资源中心黄璐琦研究員课题组合作构建了同时产齐墩果酸、原人参二醇和原人参三醇的“人参酵母”细胞工厂。上述工作提供的酵母合成皂苷元的技术,为在真正意义上实现合成人参皂苷奠定了基础。
    本研究首次構建了可以生産“非天然人參皂苷”的酵母細胞工廠,實現了人參皂苷的生物合成。並基于重組酵母細胞中一種新化合物(20S-O-β-(D-glucosyl)-dammarenediol II)的發現與鑒定,證實了在重組酵母細胞中存在著二條合成CK的代謝途徑,這暗示著人參中也存在著類似的二條平行的人參皂苷合成途徑。該研究爲由上海生科院植生生態所趙國屏院士組織的973項目“新功能人造生物器件的構建及集成”的重要組成部分,由中科院合成生物學重點實驗室周志華研究組和中科院上海藥物所嶽建民研究組合作完成,同時還獲得了中科院知識創新工程重要方向的資助。(生物谷Bioon.com)
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