大化所植物源萜類化合物的合成生物學研究取得進展

植物源萜類化合物的合成生物學取得新進展

　　近日，中科院大連化學物理研究所趙宗保研究員領導的生物質高效轉化研究組(1816組)在植物源萜類化合物的合成生物學研究方向取得新進展，成果以全文形式發表在最新一期的《美國化學會志》上(J. Am. Chem. Soc., 2012, 134(6): 3234–3241)。

　　中藥丹參的活性成分——丹參酮類化合物為一系列松香烷類去甲二萜醌類化合物，目前主要通過從丹參根莖中提取得到，產量低，需要消耗大量藥材。由于提取物成份復雜，不利于闡明藥效機制和新藥研發。因此，解析丹參酮的生物合成途徑，進行單一化合物的異源生產，具有重要科學意義和應用價值。中國中醫科學院中藥研究所黃璐琦研究員團隊此前鑒定了兩個酶SmCPS和SmKSL，具有轉化香葉基香葉基焦磷酸(GGPP)合成丹參酮前體二萜化合物次丹參酮二烯的功能，并發現這兩個蛋白可能存在分子間相互作用。

　　在楊勝利院士建議下，大連化物所趙宗保研究員與黃璐琦研究員合作，以丹參酮為目標，開展合成生物學理念指導下的萜類化合物異源生物合成研究。科研人員建立了“模塊途徑工程”策略，可在酵母細胞中快速組裝代謝途徑。在此基礎上，通過設計模塊組合方式，系統考慮途徑中涉及的前體供給、限速步驟、底物傳輸和代謝流分配等問題，對編碼SmCPS、SmKSL、法呢基焦磷酸合酶、GGPP合酶和甲羥戊酸還原酶等五個蛋白的基因進行了操作，最優的工程菌株在15-L發酵罐中培養，次丹參酮二烯產量達到365mg/L的國際先進水平。

　　在該項研究中，大連化物所李國輝研究員領導的分子模擬與設計研究組(1106組)對SmCPS和SmKSL融合蛋白的結構進行了分子模擬，發現不同融合方式導致催化中心空間距離差異，為解釋代謝途徑的性能提供了理論支持。

　　本工作得到的菌株不僅可用于制備次丹參酮二烯，奠定了進一步解析丹參酮生物合成途徑的基礎，而且對設計和改造萜類化合物代謝途徑，生產液體生物燃料和其他高值生物基化學品具有重要借鑒意義。

　　該研究得到了國家自然科學基金委和大化所科研創新基金的資助。