抗癌藥原料長春質(zhì)堿可人工合成

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記者10日從浙江大學(xué)化學(xué)工程與生物工程學(xué)院、杭州國際科創(chuàng)中心獲悉，該校連佳長研究員課題組利用畢赤酵母構(gòu)建細(xì)胞工廠，從頭合成了一線抗癌藥物長春堿的主要原料——長春質(zhì)堿，相關(guān)研究成果于今日刊登在《自然·合成》上。

以長春質(zhì)堿和文多靈為原料合成的長春堿，結(jié)構(gòu)高度復(fù)雜，工業(yè)上難以大規(guī)模制備，需要從新鮮長春花枝葉中萃取獲得。通常，提取1克長春堿需要2000公斤以上長春花的干葉子。近年來，隨著長春質(zhì)堿和文多靈生物合成途徑的解析，以及合成生物學(xué)的發(fā)展，使得合成長春堿具備了一定可行性。

畢赤酵母細(xì)胞工廠

基于CRISPR/Cas9系統(tǒng)的畢赤酵母基因組編輯技術(shù)體系。課題組供圖

“從頭合成途徑就相當(dāng)于裝修工得自己買來水泥、石灰、瓷磚，從頭裝修房屋。”連佳長介紹，課題組選用畢赤酵母作為底盤細(xì)胞，這相當(dāng)于“毛坯房”;再將各種模塊引入“毛坯房”，進(jìn)行合成。?

具體而言，課題組通過構(gòu)建CRISPR體系、選擇穩(wěn)定的整合位點(diǎn)、重構(gòu)細(xì)胞代謝以及優(yōu)化發(fā)酵工藝等舉措，創(chuàng)建了能夠高效合成長春質(zhì)堿的畢赤酵母細(xì)胞工廠，將長春花中的相關(guān)基因全部引入畢赤酵母基因組中，在畢赤酵母中重構(gòu)長春質(zhì)堿的生物合成途徑。

據(jù)悉，經(jīng)課題組優(yōu)化后的畢赤酵母作為底盤細(xì)胞的工程菌株能夠合成2.57mg/L長春質(zhì)堿。與傳統(tǒng)的長春花大規(guī)模種植及提取法相比，該研究具有綠色環(huán)保、可持續(xù)、周期短、過程可控等優(yōu)勢，為后續(xù)長春堿的規(guī)模化制備奠定基礎(chǔ)。

論文第一作者、浙大杭州國際科創(chuàng)中心高炬燦博士介紹，畢赤酵母屬于非模式酵母，讓它成為底盤細(xì)胞合成新物質(zhì)并不容易。模式酵母好比標(biāo)準(zhǔn)毛坯房，便于裝修;非模式酵母就像是奇葩戶型，正式裝修前還得進(jìn)行改造，不然很難添加任何物質(zhì)進(jìn)行合成。一旦畢赤酵母改造好了，其應(yīng)用面會非常廣，所以課題組選擇它作為底盤細(xì)胞進(jìn)行改造。這次長春質(zhì)堿的從頭合成就是一個(gè)成功案例。

據(jù)悉，該研究首次在非模式酵母中合成如此復(fù)雜的天然產(chǎn)物，不僅為高效合成長春質(zhì)堿提供了新思路，同時(shí)也表明畢赤酵母細(xì)胞工廠可利用簡單碳源合成生物堿等植物天然產(chǎn)物，應(yīng)用于生物醫(yī)藥、精細(xì)化工等多個(gè)領(lǐng)域。

關(guān)鍵詞： 畢赤酵母 長春質(zhì)堿 細(xì)胞工廠 從頭合成 生物合成途徑