時間：2024-03-25

來源：生物合成室

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2024年3月19日，中國醫(yī)學(xué)科學(xué)院藥物研究所孔建強研究員團隊在國際期刊Green Chemistry正式發(fā)表題為 “Green acetyl modification of puerarin to form puerarin 6′′-O-acetate using engineered Escherichia coli with favorable pathways and elevated acetyl-CoA supply”的研究論文，報道了利用合成生物學(xué)技術(shù)在工程化大腸桿菌細(xì)胞工廠中綠色、可持續(xù)性生產(chǎn)葛根素-6″-O-乙酸酯（puerarin 6′′-O-acetate，P6″A）的最新進(jìn)展。

葛根素（puerarin）是分離自中藥葛根的異黃酮類活性化合物，具有擴張冠狀動脈和腦血管，退熱，鎮(zhèn)靜和降血壓等多種藥理活性。弱脂溶性和低滲透性限制了葛根素在醫(yī)藥和食品中的廣泛應(yīng)用。乙?；揎椏梢愿纳聘鸶氐纳锢枚取Ｑ芯繄F隊前期從大腸桿菌中挖掘到一種麥芽糖-O-乙?；D(zhuǎn)移酶（maltose O-acetyltransferase，MAT），能夠催化葛根素乙?；筛鸶?6″-O-乙酸酯。體外酶法合成葛根素-6″-O-乙酸酯面臨供體乙酰輔酶A不易得、純酶制備工藝復(fù)雜繁瑣等問題，導(dǎo)致規(guī)?；苽潆y以實現(xiàn)。通過合成生物學(xué)技術(shù)構(gòu)建細(xì)胞工廠可為解決這一難題提供新的策略。

研究團隊首先對細(xì)胞內(nèi)影響乙酰輔酶A含量的三條途徑進(jìn)行比較，發(fā)現(xiàn)過表達(dá)乙酰輔酶A合酶（ACS）和丙酮酸脫氫酶復(fù)合物（PDH）能顯著提高乙酰輔酶A的含量。協(xié)同表達(dá)ACS和PDH，構(gòu)建高產(chǎn)乙酰輔酶A的大腸桿菌底盤細(xì)胞；然后往底盤細(xì)胞中導(dǎo)入MAT突變體MATE125N，獲得能合成葛根素-6″-O-乙酸酯的細(xì)胞工廠Q15。經(jīng)過一系列條件優(yōu)化，Q15在6-L補料發(fā)酵中能產(chǎn)生2.02 g/L的葛根素-6″-O-乙酸酯（圖1）。酶法合成的葛根素-6″-O-乙酸酯在人與小鼠血漿中具有較高的穩(wěn)定性，無明顯種屬差異，對HepG2細(xì)胞具有劑量依賴型細(xì)胞毒性，且脂溶性有所改善。本研究為葛根素單酯的綠色合成提供了可行性方法，并為葛根素-6″-O-乙酸酯的成藥性研究奠定基礎(chǔ)。

圖1 在高產(chǎn)乙酰輔酶A的工程化大腸桿菌中生物合成葛根素-6″-O-乙酸酯

本研究得到了國家重點研發(fā)計劃項目(No. 2020YFA0908000)、北京自然科學(xué)基金(7212183)和中國醫(yī)學(xué)科學(xué)院醫(yī)學(xué)與健康科技創(chuàng)新工程(CIFMS) (2021-I2M-1-029)的資助。博士生王雪凝為第一作者，藥物研究所孔建強研究員為論文通訊作者。藥物研究所盛莉研究員，孫華研究員及研究生郭馨怡在藥物代謝和活性評價等方面做出了重要貢獻(xiàn)。

論文鏈接：

https://pubs.rsc.org/en/content/articlelanding/2024/gc/d3gc04474b 

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