大腸桿菌合成三七素途徑

有研究證實(shí)了三七素是由L-2，3-二氨基丙酸（L-DAP）和草酰輔酶A經(jīng)酰基轉(zhuǎn)移酶（BAHD）縮合而成，但這兩種直接前體的合成途徑尚不清晰，使得微生物異源生產(chǎn)三七素具有一定挑戰(zhàn)。通過(guò)篩選有效的異源酶，實(shí)現(xiàn)了兩種直接前體L-2，3-二氨基丙酸和草酰輔酶A的生物合成。
 

優(yōu)化大腸桿菌三七素合成的工程策略
 

針對(duì)于目前報(bào)道的唯一一種植物源三七素合酶BAHD3溶解性差的問(wèn)題，研究者將28個(gè)同義稀有密碼子引入密碼子優(yōu)化后的BAHD3中以降低其翻譯速率，從而顯著提高了其溶解度。這一方法在消除細(xì)菌中含有真核酶的生物合成途徑瓶頸方面具有潛在的應(yīng)用。解決了酶相關(guān)的問(wèn)題之后實(shí)驗(yàn)將合成途徑進(jìn)行整合，并通過(guò)培養(yǎng)實(shí)驗(yàn)評(píng)估菌株轉(zhuǎn)化能力。培養(yǎng)實(shí)驗(yàn)將L-DAP、乙醛酸/草酰乙酸與IPTG一起添加，菌株BW10補(bǔ)料速率為1 g/L，其他菌株為0.5 g/L。將氨芐西林、卡那霉素和氯霉素以濃度100、50和34 μg/mL添加到培養(yǎng)基中。定期取樣分析細(xì)胞生長(zhǎng)（OD600）和產(chǎn)品積累（HPLC）。底物為草酰乙酸和L-DAP時(shí)，培養(yǎng)48h后菌株BW5產(chǎn)生21.7±3.3 mg/L三七素。盡管成功得到了三七素，但其滴度仍然較低。
 

培養(yǎng)實(shí)驗(yàn)評(píng)估菌株轉(zhuǎn)化能力
 

通過(guò)耦聯(lián)乙醛酸氧化途徑和草酰乙酸裂解途徑，并對(duì)代謝網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行了系統(tǒng)設(shè)計(jì)，三七素滴度達(dá)到1.29 g/L。
 

三七素的生物全合成
 

該項(xiàng)研究為進(jìn)一步探索、優(yōu)化和大規(guī)模生產(chǎn)三七素鋪平了道路，并表明提高菌株性能將實(shí)現(xiàn)從傳統(tǒng)的基于植物的生產(chǎn)過(guò)程過(guò)渡到基于微生物發(fā)酵的過(guò)程。

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參考文獻(xiàn)：Li, W., Zhou, Z., Li, X. et al. Biosynthesis of plant hemostatic dencichine in Escherichia coli. Nat Commun 13, 5492 (2022). https://doi.org/10.1038/s41467-022-33255-3​

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