图1 酿酒酵母中构建(–)-α-红没药醇的生物合成途径
图2.弱化ERG9和MrBBS拷贝数对(–)-α-红没药醇产量的影响
图3.关键基因融合表达和启动子强度对(–)-α-红没药醇产量的影响
图4.MVA途径相关基因的敲除和过表达对(–)-α-红没药醇产量的影响
图5.可能参与转运相关基因的调控对胞内外(–)-α-红没药醇含量的影响
图6.5 L发酵罐中补料分批发酵生产(–)-α-红没药醇
近期，Synthetic and Systems Biotechnology在线发表了江南大学未来食品科学中心和生物工程学院陈坚院士团队周景文教授课题组的研究成果“Engineering Saccharomyces cerevisiaefor enhanced (–)-α-bisabolol production”(Jianget al., EngineeringSaccharomyces cerevisiaefor enhanced (–)-α-bisabolol production [J].Synth Syst Biotechnol, 2023, 8(2): 187-195.)。江南大学2020级硕士研究生江寅昆为论文第一作者，周景文教授为论文通讯作者。(–)-α-红没药醇(bisabolol)是从洋甘菊中分离提取的一种单环倍半萜醇。由于其抗炎、杀菌、抗菌、舒缓皮肤和保湿的特性，被广泛应用于药品和化妆品工业中。目前(–)-α-红没药醇的获得主要依赖于天然的植物提取，造成了耕地资源的浪费产生了一系列环境问题。此外，化学合成由于化学催化剂无法合成单一手性的红没药醇难以成为主流的合成工艺。随着合成生物学的蓬勃发展，利用其高效、绿色、高选择性等特点合成(–)-α-红没药醇日益受到人们的关注。然而，目前通过微生物合成(–)-α-红没药醇的效率仍较低。针对此问题，江南大学食品合成生物学与生物制造团队研究人员利用真核微生物酿酒酵母构建了高效合成(–)-α-红没药醇的工程菌株(图1)。首先，通过引入异源基因MrBBS并替换竞争基因ERG9的初始启动子以降低ERG9的表达，实现(–)-α-红没药醇的积累(图2)。然后，通过融合表达ERG20和MrBBS将代谢通量拉向(–)-α-红没药醇合成的方向(图3)，对MVA途径进行系统改造进一步提高(–)-α-红没药醇的产量(图4)。此外，还过表达内源转运蛋白提高(–)-α-红没药醇胞外分泌的效率(图5)。最后，在5 L发酵罐上对发酵过程中培养基成分优化，(–)-α-红没药醇的产量最终达到7.02 g/L(图6)。这是目前报道的真核生物合成(–)-α-红没药醇的最高产量，为(–)-α-红没药醇的生物合成提供了有益的参考。上述研究工作得到了国家自然科学基金项目(22208123)、江苏省博士后科研基金项目(2021K589C)和浙江大学上海高等研究院繁星科学基金项目(SN-ZJU-SIAS-0013)的资助。
