萜类化合物作为在食品、医疗和化装品行业中有着广应用前景的天然产品,是此刻被多量关切和研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提取或化工合成已成为大规模生产的具商业可行性的采取。
生物合成依赖于宿主体内的甲羟戊酸途径或赤藓糖磷酸酯途径「MEP)提供萜类前体异戊烯基焦磷酸和二甲基烯丙基焦磷酸。
这些途径自身受碳的限制,能量效率低,导致了类异戊二烯生物合成难兑现高通量及高产量,是阻碍生物合成萜类资产化生产的主要限制因素之一。
同时其会与宿主篡夺生存所需的能量、物质等,比方在酵母中,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相接。
近期,华夏农业科学院农业基因组查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提供了一种思绪。
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,抵达1.2μmol/g DCW。
作者以此设立了高效合成二、四萜前体香叶基香叶基焦磷酸的三步合成道路,使GGPP的合成水平提高了374倍,来到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。
以此平台概念性验证了所有萜类化合物类别的完整合成路线,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,为支持酵母中萜类化合物的合成供应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 ”再现,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。
被应用到体外酶促转化或体内合成尝试2,019已经有人发轫在大肠杆菌中进行体内包含番茄红素、柠檬烯、牻牛儿醇、橙花醇等萜类物质的合成,赢得了不错的成果。
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运用路线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运用IUP路线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。
1.合成DMAPP和IPP时所需的反映从二十二步淘汰至2-3个,大大缩短合成门路。
2.与内源MVA道路出产1 mol IPP须要3 mol ATP 比2 mol NADPH相,IUP道路需2 mol ATP合成1 mol IPP,淘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资产化合物,能够多量利用并且部分溶于水。且其为中性小分子,疏水强,可轻松通过生物膜,无需转运蛋白即可被内化。
4.可依照产物类型调整增加到栽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,综述中提出了而今异戊烯醇使用的一些阻碍:比喻其对细胞有毒而且根
所运用的微生物底盘有差异的运用阈值,需仔细控制两种醇的添补光阴和添补速率;且该类物质而今是化学合成的,对于但愿出产天然产物的宗旨不利。
不2,021美国配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头合成异戊烯醇,其摇瓶培养的最高产量为383.1±31.62mg/L。
总结