酿酒酵母系统工程用于染料木素和糖基化衍生物的从头生物合成
2024年4月2日，湖南大学生物学院单杨院士团队Yongtong Wang在国际期刊《JOURNAL OF FUNGI》（JCR一区，IF2023=4.2）发表了题为“Systematic Engineering of
Saccharomyces cerevisiae for the De Novo Biosynthesis of Genistein and Glycosylation Derivatives”（ 酿酒酵母系统工程用于染料木素和糖基化衍生物的从头生物合成）的研究论文。
摘要
本研究通过系统工程的方法改造酿酒酵母（Saccharomyces cerevisiae），实现了染料木黄酮（Genistein）及其糖苷衍生物的从头合成。通过组合异黄酮合成酶（IFS）、细胞色素P450还原酶（CPR）和2-羟基异黄酮脱水酶（HID），并进行路径多拷贝整合，成功构建了一个稳定的从头合成染料木黄酮的细胞工厂。随后，通过优化酵母细胞内的代谢通量和关键酶的活性，产量达到了23.33 mg/L。最终，将糖基转移酶引入系统，成功生产出15.80 mg/L的染料木苷和10.03 mg/L的染料木黄酮-8-C-葡糖苷。该研究为绿色工业化生产异黄酮化合物提供了技术支持。
引言
异黄酮是一类重要的天然化合物，广泛存在于豆科植物中，具有抗氧化、抗肿瘤、抗心血管疾病等多种生物活性。传统的异黄酮生产依赖于植物提取和化学合成，但存在低效和高成本等问题。微生物生产具有绿色环保、经济性好的优点。酿酒酵母因其适合表达P450酶系而成为异黄酮生产的理想底盘。本研究旨在通过系统工程的方法改造酵母，实现染料木黄酮和其糖苷衍生物的从头合成。
研究内容
首先，通过组合不同来源的IFS、CPR和HID构建染料木黄酮合成路径，筛选出具有最高合成效率的酶组合。通过在酿酒酵母基因组上整合该路径的多拷贝，获得了稳定生产染料木黄酮的酵母菌株。为提高产量，优化了酵母细胞内的NADPH再生和血红素供给，以增强关键酶的活性。此外，通过调控脂肪酸合成途径，增加了关键前体物质丙二酰辅酶A的供给。最后，通过引入糖基转移酶并优化UDP-葡糖供给，实现了染料木黄酮糖苷衍生物的生产。
结论与展望
本研究首次在酿酒酵母中实现了染料木黄酮及其糖苷衍生物的从头合成，构建了一个高效的异黄酮合成平台。未来的研究可以进一步优化酵母的亚细胞器定位和酶的工程化，以提高其他异黄酮化合物的生产效率。本研究为异黄酮类化合物的微生物绿色生产提供了新的思路和理论支持。
图文赏析
原文链接：
https://www.mdpi.com/2309-608X/10/3/176
