植物天然产物微生物重组合成研究进展

植物天然产物是小分子药物、营养品、化妆品、香精香料等的主要来源之一,在国民经济中发挥重要的作用。目前植物天然产物主要依赖于植物提取,这种生产方式占用耕地、生长周期长,而且植物活性成分往往含量低、生产成本高。通过解析植物天然产物生物合成途径,在微生物细胞中重构,创建细胞工厂,实现利用可再生原料发酵合成,为植物天然产物的供给提供了新的路线。本文重点介绍了中国科学院天津工业生物技术研究所在萜类、黄酮类、苯丙素类等重要类型植物天然产物微生物重组合成方面的研究进展,简要探讨了当前研究面临的挑战及未来前景。     

3个植物源苯甲醇酰基转移酶合成乙酸肉桂酯的研究

[背景]乙酸肉桂酯是一种重要的香料化合物,在化妆品和食品工业上具有广泛的应用,传统的生产方法主要依靠植物提取和化学合成。[目的]通过筛选不同植物源的酰基转移酶,利用大肠杆菌从头合成乙酸肉桂酯。[方法]首先,通过在苯丙氨酸高产菌BPHE中表达异源基因苯丙氨酸解氨酶(Phenylalanine Ammonia-Lyase from Arabidopsis thaliana,AtPAL)、对羟基肉桂酰辅酶A连接酶(Hydroxycinnamate:CoA Ligase from Petroselinum crispum,Pc4CL)和肉桂酰辅酶 A 还原酶(Cinnamyl-CoA Reductase from Arabidopsis thaliana,AtCCR),并结合大肠杆菌自身的内源性醇脱氢酶(Alcohol Dehydrogenases,ADHs)或醛酮还原酶(Aldo-Keto Reductases,AKRs)的催化作用构建了从苯丙氨酸到肉桂醇的生物合成途径。然后,苯甲醇苯甲酰转移酶(Benzyl Alcohol O-Benzoyltransferase from Nicotiana tabacum,ANN09798;Benzyl Alcohol O-Benzoyltransferase from Clarkia breweri,ANN09796)或苯甲醇乙酰转移酶(Benzyl Alcohol Acetyltransferase from Clarkia breweri,BEAT)被引入到上述重组大肠杆菌中发酵培养生产乙酸肉桂酯。最后,在大肠杆菌中过表达乙酰辅酶A合成酶(Acetyl Coenzyme A Synthetase,ACS)来提高底物乙酰辅酶A的量。[结果]探讨了 3个植物源苯甲醇酰基转移酶生物合成乙酸肉桂酯的能力,并应用于合成乙酸肉桂酯的细胞工厂,最终使乙酸肉桂酯最高产量达到166.9±6.6mg/L。[结论]植物源苯甲醇酰基转移酶具有一定的底物宽泛性,能以肉桂醇为底物催化合成乙酸肉桂酯。首次利用植物源的苯甲醇酰基转移酶合成乙酸肉桂酯,为微生物细胞工厂以葡萄糖作为碳源生产乙酸肉桂酯提供参考。