構(gòu)建細(xì)胞工廠高效生產(chǎn)“植物黃金”

原標(biāo)題：構(gòu)建細(xì)胞工廠高效生產(chǎn)“植物黃金”

記者4月21從天津大學(xué)獲悉，該校藥學(xué)院副教授梅坤榮和教授高文遠(yuǎn)課題組通過理性設(shè)計技術(shù)，獲得了高效生產(chǎn)稀有人參皂苷的新元件，有望實現(xiàn)稀有人參皂苷的高效生產(chǎn)。相關(guān)研究成果發(fā)表在國際期刊《先進(jìn)科學(xué)》上。

人參、三七等傳統(tǒng)中藥材中富含被譽(yù)為“植物黃金”的稀有人參皂苷。據(jù)介紹，人參皂苷分為兩類，一類是原型人參皂苷，其在植物中含量較高，但活性較低，人體難以吸收；另一類是稀有人參皂苷，它是原型人參皂苷的代謝產(chǎn)物，活性更高，更容易被人體吸收利用。稀有人參皂苷功效強(qiáng)大，已經(jīng)被證明具有抗腫瘤、抗炎和增強(qiáng)免疫力的作用。然而，稀有人參皂苷在植物中的含量極低，通常不到0.1%，而且提取過程復(fù)雜、成本高，還容易產(chǎn)生環(huán)境污染。

為解決這個問題，科研團(tuán)隊使用了合成生物學(xué)技術(shù)，通過構(gòu)建微生物或植物細(xì)胞，使其如同工廠一樣生產(chǎn)稀有人參皂苷。研究團(tuán)隊前期通過基因編輯、細(xì)胞器工程等合成生物學(xué)策略，構(gòu)建了植物細(xì)胞工廠生產(chǎn)稀有人參皂苷。為提高產(chǎn)率，團(tuán)隊進(jìn)一步聚焦這項技術(shù)的關(guān)鍵元件——糖基轉(zhuǎn)移酶的蛋白質(zhì)。它能夠催化人參皂苷合成的最后幾步反應(yīng)，決定最終產(chǎn)物的種類和含量。

然而，現(xiàn)有的糖基轉(zhuǎn)移酶生產(chǎn)稀有人參皂苷的效率難以滿足大規(guī)模生產(chǎn)的需求。研究團(tuán)隊聚焦稀有人參皂苷生物合成的關(guān)鍵糖基轉(zhuǎn)移酶Pq3-O-UGT2，首次解析了它與底物結(jié)合的晶體結(jié)構(gòu)。通過這項研究，團(tuán)隊發(fā)現(xiàn)這種糖基轉(zhuǎn)移酶的底物結(jié)合口袋具有獨特的取向和顯著的疏水性，能夠識別多種底物，包括不同的人參皂苷和部分黃酮類天然產(chǎn)物。基于這些發(fā)現(xiàn)，研究團(tuán)隊對該糖基轉(zhuǎn)移酶進(jìn)行了改造，成功構(gòu)建了突變體。實驗結(jié)果表明，改造后的糖基轉(zhuǎn)移酶更傾向于合成稀有人參皂苷，并且生產(chǎn)稀有人參皂苷的效率顯著提高，為未來的大規(guī)模生產(chǎn)奠定了基礎(chǔ)。

“這項研究的突破性意義在于為稀有人參皂苷的高效生產(chǎn)提供了新思路。”梅坤榮介紹，未來，隨著合成生物學(xué)技術(shù)的進(jìn)一步發(fā)展，稀有人參皂苷的生產(chǎn)成本有望大幅降低。（記者陳曦 通訊員焦德芳）