我国在植物天然产物合成生物学研究方面取得重大突破

合成生物学以工程化设计理念，对生物体进行有目标的设计与改造，形成生物技术颠覆式创新，有望为破解人类面临的资源、环境等领域重大挑战提供新的解决方案。植物天然产物合成是合成生物学的重点研究方向。2018年1月31日国际学术期刊Nature Communications在线发表了合成生物学首次实现治疗心脑血管疾病的中成药灯盏花素全合成的最新研究成果“Engineeringyeast for the production of breviscapine by genomic analysis and syntheticbiology approaches”。中科院天津工业生物所博士研究生刘晓楠、助理研究员程健和云南农业大学副教授张广辉为该文共同第一作者。中科院天津工业生物所江会锋研究员和云南农业大学杨生超教授为该文的共同通讯作者。

灯盏花在云南地区民间被用于治疗瘫痪已有上千年历史。同青蒿素一样，灯盏花素在20世纪70年代的中草药群众运动中被再次发现。灯盏花素具有扩张脑血管的作用，可用于治疗缺血性脑血管疾病，如脑血栓以及由脑栓塞、脑溢血等所致后遗症瘫痪病人。由于临床应用效果显著，1995年灯盏花素制剂被列为全国中医医院急诊科治疗心脑血管疾病的必备中成药。纯度更高安全性更好的灯盏花素注射液在2005年获得了国家药监局审批。目前该类药品市场价值已经接近50亿元。

中国科学院天津工业生物技术研究所江会锋研究团队与云南农业大学西南中药材种质创新与利用国家地方联合工程研究中心和云南省药用植物生物学重点实验室主任杨生超团队合作，利用合成生物学和生物信息学技术，成功从灯盏花基因组中筛选到了灯盏花素合成途径中的关键基因（P450酶EbF6H和糖基转移酶EbF7GAT），并在酿酒酵母底盘中成功构建了灯盏花素合成的细胞工厂。通过代谢工程改造与发酵工艺优化，灯盏花素含量达到百毫克级，具有较高产业化价值。中科院天津工业生物所、云南农业大学和昆明龙津药业股份有限公司已经就灯盏花素规模化生产和药物转化研究达成了产、学、研一体化的合作意向，将共同推进微生物合成灯盏花素的产业转化。

图1：灯盏花素合成途径 图2：基因筛选流程 图3：代谢工程改造与发酵

心脑血管疾病已经成为人类生命健康的最大威胁，其发病率和死亡率已超过癌症而跃居世界第一。中国老年人心脑血管病发病率高达30%，随着我国社会人口老龄化日趋严重，心脑血管类药品的需求正在迅速增加。该项技术成果将有可能将传统农业种植生产方式转变为规模化工业发酵生产路线，可大幅降低灯盏花素的生产成本，推广后可惠及数亿心脑血管病人。