7月19日，藥學(xué)院浦香東副教授組聯(lián)合中國(guó)醫(yī)學(xué)科學(xué)院藥用植物研究所宋經(jīng)元研究員組，基于蛋白半理性設(shè)計(jì)篩選西紅花苷生物合成限速酶GjCCD4a高效突變體，構(gòu)建大腸桿菌工程菌株首次實(shí)現(xiàn)從葡萄糖至五種類型西紅花苷的異源合成，研究成果以《Construction of a high-efficiency GjCCD4a mutant and its application for de novo biosynthesis of five crocins in Escherichia coli》為題發(fā)表于中科院一區(qū)期刊《International Journal of Biological Macromolecules》，安徽醫(yī)科大學(xué)藥學(xué)院碩士生李思齊、周澤為論文共同第一作者，安徽醫(yī)科大學(xué)藥學(xué)院浦香東副教授、中國(guó)醫(yī)學(xué)科學(xué)院藥用植物研究所宋經(jīng)元研究員為共同通訊作者，我校藥學(xué)院為第一完成單位。

西紅花苷為名貴中藥西紅花的主要活性成分，在治療神經(jīng)退行性疾病及心腦血管疾病方面作用顯著，但西紅花苷資源匱乏、化學(xué)提取成本高、價(jià)格昂貴，極大限制了其藥物開發(fā)及臨床應(yīng)用。西紅花苷合成生物學(xué)研究在國(guó)際上備受關(guān)注，然而現(xiàn)有工程菌株產(chǎn)率較低，難以滿足工業(yè)生產(chǎn)需求。鑒于此，研究團(tuán)隊(duì)推測(cè)參與西紅花苷生物合成的類胡蘿卜素裂解雙加氧酶（CCD）催化效率低下嚴(yán)重限制了其下游產(chǎn)量，亟待開展創(chuàng)新性研究。該研究基于本草基因組學(xué)，采用“限速酶改造-多酶復(fù)合體構(gòu)建-合成生物學(xué)生產(chǎn)”的策略開展研究，利用蛋白截短、蛋白建模、分子對(duì)接、關(guān)鍵氨基酸位點(diǎn)突變等研究，篩選得到催化活性較野生型GjCCD4a提升25.08倍的西紅花苷生物合成限速酶突變體N212m。

進(jìn)一步將篩選得到的高效突變體N212m以及其余10個(gè)西紅花苷生物合成通路基因構(gòu)建至大腸桿菌底盤細(xì)胞，結(jié)合體內(nèi)自組裝酶反應(yīng)技術(shù)及工程菌株培養(yǎng)發(fā)酵條件優(yōu)化等研究，實(shí)現(xiàn)由葡萄糖至五種類型西紅花苷的從頭合成，生產(chǎn)出的西紅花苷最大產(chǎn)量在搖瓶水平超過每升10毫克。本研究涉及的西紅花苷生物合成大腸桿菌工程菌株保藏于中國(guó)普通微生物菌種保藏管理中心（CGMCC），并已申請(qǐng)相關(guān)發(fā)明專利。該研究基于大腸桿菌底盤，首次實(shí)現(xiàn)廉價(jià)葡萄糖至五種珍稀西紅花苷資源的生物合成，為西紅花苷合成生物學(xué)高效生產(chǎn)研究提供重要參考。

該研究得到國(guó)家自然科學(xué)基金、安徽省自然科學(xué)基金、安徽省高校優(yōu)秀青年基金、安徽醫(yī)科大學(xué)人才啟動(dòng)基金等項(xiàng)目資助。 

論文鏈接：https://doi.org/10.1016/j.ijbiomac.2024.133985