北化袁其朋实验室：基因工程大肠杆菌高水平合成熊果苷

摘要：熊果苷是氢醌葡糖苷化合物，具有良好的皮肤美白功能，在医药和化妆品行业得到广泛应用。本文在大肠杆菌中构建一条人工代谢途径，，可以葡萄糖为底物高水平生产熊果苷，20g/L葡萄糖摇瓶发酵可产4.19g/L产物。

熊果苷是氢醌葡糖苷化合物，白色针状结晶或粉末。萃取自熊果的叶子，具美白、抗氧化、抗微生物和抗炎活性，主要用于高级化妆品制备。目前，植物提取是获得熊果酸的主要方法，化学合成法催化效率低、选择性差，近年出现生物催化法的报道，但成本较高。本文基于P-羟基苯甲酸甲酯(pHBA)和熊果苷前体糖化对苯二酚的相似性、4-羟基苯甲酸1-羟化酶（MNX1）、对苯二酚葡糖基转移酶的相关报道，在大肠杆菌中构建了一条人工代谢途径（如下图），可以高产熊果苷，相关成果已被《Metabiolic engineer》接受，通讯作者为北京化工大学袁其朋教授和佐治亚大学副教授严亚军（Yan Yajun）。

生物合成熊果苷，有两个关键酶参与相关的反应：一个是pHBA脱羧酶（MNX1, 光滑念珠菌CBS604），另外一个是对苯二酚葡糖基转移酶（AS，蛇根木）。研究人员通过体外添加的方法验证了相关酶催化能力和两种物质对菌株生长的影响。以葡萄糖为底物，经过48小时发酵，可产54.7 mg/L熊果苷。为将更多的碳流向设计途径，研究人员将莽草酸途径相关酶和分支酸裂解酶均增强表达，最终获得3.29 g/L产物。由于发酵底物葡萄糖不仅作为碳源，还作为糖苷前体，研究人员对发酵葡萄糖浓度优化发现，当摇瓶发酵初始葡萄糖浓度为30g/L时，发酵48小时，产物浓度达到4.19g/L。此工作对通过天然代谢生产植物来源或高附加值天然产物提供一个很好的例子，这一途径的建立也为熊果苷工业化生产提供一个机会。

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