中科院分子植物科學卓越創新中心王勇研究組通過體內自組裝酶反應器提高黃芩素和野黃芩素的生物合成

通過該策略,黃芩素的搖瓶產量從21.6mg/L提高到了143.5mg/L,提升了6.6倍。同時野黃芩素的產量也提高了1.4倍。此外,該工作還首次實現了直接從葡萄糖合成黃芩素,並且該菌株能够通過分批補料發酵產生214.1mg/L的黃芩素。

2021年4月21日,國際合成生物學領域期刊ACS Synthetic Biology線上發表了中國科學院分子植物科學卓越創新中心王勇研究組和華東理工大學任宇紅研究組的合作研究成果“Improve the Biosynthesis of Baicalein and Scutellarein via Manufacturing Self-Assembly Enzyme ReactorIn Vivo”。該研究不僅將大腸桿菌合成黃芩素的效率提升了數倍,還首次實現了從葡萄糖到黃芩素的從頭合成。

黃芩素(Baicalein)和野黃芩素(Scutellarein)是結構相似的兩種不同的黃酮類化合物,前者主要從唇形科多年生草本中藥植物黃芩(Scutellariabaicalensis Georgi)的乾燥根中選取獲得,而後者主要存在於菊科植物燈盞花(Erigeron karvinskianus)中。這兩種化合物均具有廣泛的藥理學活性,有望開發成新型藥物造福人類,但其在植物中的天然含量較少,如何高效低成本地獲得高純度化合物是現時研究開發急需解决的問題。利用合成生物學科技實現高效定向合成和規模化製備,是解决上述困難的有效途徑。2018年,王勇研究組在Metabolic Engineering雜誌上首次報導了利用大腸桿菌合成黃芩素和野黃芩素的可行性,但是產量較低。這也是黃酮類化合物合成生物學研究存在的普遍問題。

在這項研究中,作者針對這類化合物合成途徑中的兩個關鍵酶苯丙氨酸解氨酶(Phenylalanine Ammonia Lyase,RtPAL)和4-香豆酸輔酶A連接酶(4-coumarate-CoA ligase,Pc4CL)開發了一種順序自組裝酶反應器,利用相互作用的蛋白對(PDZ和PDZ ligand)將RtPAL和Pc4CL進行雙酶自組裝,從而提高中間產物的轉化率。這一策略有效地减少了中間體的積累並消除了合成路徑的瓶頸。通過該策略,黃芩素的搖瓶產量從21.6 mg/L提高到了143.5 mg/L,提升了6.6倍。同時野黃芩素的產量也提高了1.4倍(從84.3至120.4 mg/L)。通過發酵罐的補料分批培養,該策略的工程菌株能够分別產生271.6 mg/L黃芩素和288.9 mg/L野黃芩素。此外,該工作還首次實現了直接從葡萄糖合成黃芩素,並且該菌株能够通過分批補料發酵產生214.1 mg/L的黃芩素。該酶組裝系統具有幾個潜在的優點:(I)新增底物的局部濃度;(II)减少中間體的傳遞時間;(III)規避不利的酶反應動力學;(IV)新增代謝通量。這項工作為异源體系中複雜天然產物的優化合成和大規模生產提供了一種有效的策略。

博士生計東尼為該論文的第一作者。該工作獲得了國家重點研發計畫、上海市優秀學術帶頭人計畫、中科院先導等項目的支持。

論文連結:https://pubs.acs.org/doi/pdf/10.1021/acssynbio.0c00606

通過體內自組裝酶反應器提高黃芩素和野黃芩素的生物合成

本文版權歸原作者所有,文章內容不代表平臺觀點或立場。如有關於文章內容、版權或其他問題請與我方聯系,我方將在核實情况後對相關內容做删除或保留處理!

本文標題: 中科院分子植物科學卓越創新中心王勇研究組通過體內自組裝酶反應器提高黃芩素和野黃芩素的生物合成
永久網址: https://www.laoziliao.net/doc/1656063884382312
相关資料
中科院上海高等研究院上海光源成功製備出超精密納米光栅並獲批國家一級標準物質
近日,國家市場監督管理總局正式發文準予了同濟大學、中國科學院上海應用物理研究所和中國計量科學研究院聯合研製的超精密納米光栅成為國家一級標準物質。上述標準物質填補了我國300nm尺度以下有證光栅標準物質的空白,為實現我國在納米長度計量自主溯源
標籤: 光栅 上海光源
南林劉志鵬教授課題組在《Nature,Communications》上發表研究成果
近紅外二區螢光染料因具有良好的生物相容性、較深的組織穿透性、較高的成像分辯率以及可避免自身螢光干擾等特點,在生物醫學成像方面具有廣闊的應用前景。但是由於缺乏合適的分子骨架和設計策略,近紅外二區染料的開發仍然是一個挑戰性的課題。南京林業大學為
標籤: 劉志鵬 大學 nature 科普
中國科學院亞熱帶農業生態研究所,|,稻田N2O排放對水熱變化的響應及微生物驅動機制取得新進展
稻田是重要的農業土地利用管道,同時也是人工N2O的重要排放源。N2O排放主要由微生物調控,未來以氣候變暖和降雨格局改變為標誌的全球氣候變化勢必影響微生物活動,從而影響N2O的排放。研究不同水熱條件下N2O排放相關微生物的響應機制,有助於深入
標籤: 微生物 科學 科普
金屬所提出插層構築强鍵合方法設計新型六元環MA2Z4資料家族
現時二維資料的設計主要是通過將三維範德瓦爾斯層狀資料剝離得到其對應的二維資料結構。設計無已知三維母體資料的二維層狀資料,可極大拓展二維資料的物性和應用,具有重要的科學意義和實用價值。由此,研究人員提出了插層構築强鍵合的方法。該項研究主要由金
標籤: 二維資料 金屬鍵 二維 電晶體