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会员科研成果

中国医学科学院/北京协和医学院药物研究所朱平研究员课题组最新发表关于利用“微生物细胞工厂”高效生物合成具有良好抗肿瘤活性的达玛烯二醇-II糖苷化合物的研究成果

Date:2019-06-24

  中国医学科学院/北京协和医学院药物研究所朱平研究员课题组近期在国际著名期刊《Green Chemistry》上全文发表题为:“Construction and Optimization of Microbial Cell Factories for the Sustainable Production of Bioactive Dammarenediol-II Glucosides”(Green Chem. 2019, 21(12): 3286-3299. doi: 10.1039/c8gc04066d)(IF=9.405)的研究论文,介绍他们利用“微生物细胞工厂”高效生物合成具有良好抗肿瘤活性的达玛烯二醇-II糖苷化合物的研究成果,论文同时被作为当期杂志的封底图片故事予以推介(图1)。博士生胡宗风和硕士生顾安頔为共同第一作者,杨金玲研究员和朱平研究员为共同通讯作者。药理室李燕研究员承担了达玛烯二醇-II糖苷化合物的体内外抗肿瘤活性评价工作。

 

  人参皂苷(Ginsenosides)作为中国传统名贵药材人参(Panax ginseng)的主要活性成分,具有多种药理活性。从人参中分离得到的人参皂苷以达玛烷型人参皂苷为主,这类人参皂苷以达玛烯二醇-Ⅱ(Dammarenediol-II,DM))为前体,依次生物合成原人参二醇(PPD)和原人参三醇(PPT)两种苷元,PPD的C3、C20位羟基和PPT的C6、C20位羟基分别经过糖基化修饰,产生种类繁多的人参皂苷。但人参属植物中尚未发现达玛烯二醇-II糖苷化合物。他们首先通过大肠杆菌系统异源表达人参来源的糖基转移酶基因PgUGT74AE2和UGTPg1,重组酶能以达玛烯二醇-II为底物分别催化产生“非天然”的达玛烯二醇-II糖苷化合物3β-O-Glc-DM和20S-O-Glc-DM。药理实验显示,两种人参皂苷均具有良好的体内外抗结肠癌活性。为大量制备原料以满足药理研究和新药开发需求,他们在酿酒酵母底盘细胞中分别重构了3β-O-Glc-DM和20S-O-Glc-DM的生物合成途径,以实现两种人参皂苷的“从头”生物合成(De novo biosynthesis)(图2A)。采用“开源节流”策略提高目标产物的生成,包括:优化酵母底盘细胞和上调该途径相关酶的表达并抑制支路代谢途径;利用CRISPR/Cas9基因编辑技术提高功能模块的拷贝数和过表达转录因子HAC1,最终获得分别能高效生产3β-O-Glc-DM和20S-O-Glc-DM的酵母工程菌(图2B-D)。在此基础上,对上述两种工程菌分别以“分批-补料”方式进行了高密度发酵试验(3-L发酵罐),经初步优化后3β-O-Glc-DM和20S-O-Glc-DM的产量分别达到2.4 g/L和5.6 g/L(图2E, F)。

 

  上述研究是将合成生物学技术成功应用于天然产物生产的又一范例,为大量制备达玛烯二醇-Ⅱ糖苷化合物提供了一种绿色环保的新方法,为深入开展两种化合物的创新药物研究与开发奠定了坚实的物质基础。

 

  本研究得到了中国医学科学院医学与健康科技创新工程(2016-I2M-3-012),国家自然科学基金(81673341)和“十三五”重大新药创制科技重大专项(2018ZX09711001-006)资助。

 

  原文链接:http://xlink.rsc.org/?DOI=C8GC04066D