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锐谈 | 基于异戊烯醇的萜类合成新途径

锐谈 | 基于异戊烯醇的萜类合成新途径

  • 分类: 新闻动态
  • 作者:yockoo
  • 来源:
  • 发布时间:2023-01-20 11:21
  • 访问量:

锐谈 | 基于异戊烯醇的萜类合成新途径

【概要描述】

  • 分类: 新闻动态
  • 作者:yockoo
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  • 发布时间:2023-01-20 11:21
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萜类化合物看成在食物、医疗和装扮品行业中有着广应用前景的天然产品,是此刻被大量存眷和查究的一类高附加值产品。
环保意识的日益提高和基于可持续生产的考量,以微生物生物合成替代索取或化工合成成为大规模生产的最具贸易可行性的选择。
生物合成依赖于宿主体内的甲羟戊酸道路或赤藓糖磷酸酯道路「MEP)供应萜类前体异戊烯基焦磷酸和二甲基烯丙基焦磷酸。
这些路线自身受碳的限制,能量效率低,导致了类异戊二烯生物合成很难实现高通量及高产量,是阻碍生物合成萜类财富化出产的主要限制身分之一。
同时其会与宿主争取生存所需的能量、物质等,例如在酵母中,典型的萜类前体与对酵母生存至关重要的甾醇的生物合成紧密。

近期,中国农业科学院农业基因组研究所的黄三文等人在PNAS发表文章”Engineering a universal and efficient platform for terpenoid synthesis in yeast”,为解决酿酒酵母高产萜类物质和菌株良好滋长这一抵触供给了一种思绪。
作者通过在酿酒酵母中引入异戊烯醇两步磷酸化利用途径(isopentenol utilization pathway, IUP),结合外源添加常见的化工原料异戊烯醇及戊烯醇 ,成功使宿主体内的IPP/DMAPP产量提高147倍,达到1.2μmol/g DCW。

作者以此创办了高效合成二、四萜前体香叶基香叶基焦磷酸的三步合成道路,使GGPP的合成程度提高了374倍,抵达0.9μmol/g DCW,同时避免了与宿主依赖法尼基焦磷酸合成甾醇的竞赛。
随后以此平台概念性验证了所有萜类化合物类型的完整合成道路,有效提高了包括单萜、倍半萜、二萜、三萜、四萜等萜类化合物的产量,为撑持酵母中萜类化合物的合成供给了一个通用有效的平台。

拓展

这不是异戊烯醇使用途径首次应用于微生物萜类合成。根2,021Genes杂志刊发的综述“The Terpene Mini-Path, a New Promising Alternative for Terpenoids Bio-Production ”显示,该类途径2,016提出,并依据所用两步磷酸化酶的区别而有所分别。
随后陆续被应用到体外酶促转化或体内合成实验2,019有人初步在大肠杆菌中进行体内包括番茄红素、柠檬烯、牻牛儿醇、橙花醇等萜类物质的合成,取得了不错的成果。
酵母应用方面2,020江南大学周景文等团队通过在解脂耶氏酵母中引入异戊烯醇使用道路IUP等策略,在3-L发酵罐中兑现4.2 g / L番茄红素滴度,是其时报道番茄红素的最高产量2,021江南大学徐建中、张伟国等人在毕赤酵母中使用IUP道路成功构建从异戊二烯醇两步法合成IPP,通过细胞质、过氧化物酶体的双重调控等策略,兑现2.5 g/L α-法尼烯的产量。
文章也提出了该途径应用的优点
1.合成DMAPP和IPP时所需的反映从二十二步裁汰至2-3个,大大缩短合成途径。
2.与内源MVA途径生产1 mol IPP必要3 mol ATP 比2 mol NADPH相,IUP途径仅需2 mol ATP合成1 mol IPP,裁汰了对辅因子和能量的需求。
3.异戊烯醇和戊烯醇是廉价的家当化合物,能够大量使用而且部门溶于水。且其为中性小分子,疏水强,可轻松通过生物膜,无需转运卵白即可被内化。
4.可遵循产物类型调剂增加到种植基中的异戊烯醇比戊烯醇例,单萜、倍半萜、二萜、三萜和四萜。
但与此同时,综述中提出了现在异戊烯醇利用的少许阻碍:譬喻其对细胞有毒而且根 所使用的微生物底盘有区别的使用阈值,需仔细控制两种醇的补充时光和补充速率;且该类物质如今是化学合成的,对于但愿生产天然产物的宗旨不利。
不2,021美国联合生物能源查究所的Taek Soon Lee团队在Metabolic Engineering杂志上发表的文章“Engineering Saccharomyces cerevisiae for isoprenol production” 展现其以酿酒酵母为底盘细胞从新合成异戊烯醇,其摇瓶培植的最高产量为383.1±31.62mg/L。

总结

综上,通过外源引入异戊烯醇使用道路并补充廉价的异戊烯醇/戊烯醇,不妨有效提高宿主内的IPP/DMAPP浓度,为实现萜类物质高产的同时,有效减少与宿主自己滋长资源的逐鹿提供了一条很好的解决方案。

原文链接1:https://doi.org/10.1073/pnas.2207680120

原文链接2:https://doi.org/10.3390/genes12121974

作者:yockoo

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