研究实现稀有人参皂苷CK的生物合成

2014-3-13 14:52 来源: 上海生命科学
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  3月7日,国际学术期刊Cell Research在线发表了关于酵母从单糖合成稀有人参皂苷compound K (CK)的最新研究成果Production of bioactive ginsenoside compound K in metabolically engineered yeast。该研究发现与鉴定了一个来源于人参的UDP-糖基转移酶(UGTPg1),它特异性催化达玛型四环三萜化合物中的C-20S羟基糖基化,在酵母底盘细胞中将其与人工构建的原人参二醇合成途径共表达,实现了从单糖到稀有人参皂苷CK的生物合成。

  人参号称“百草之王”,在中国、韩国和日本用于强身、保健、防病以及抗衰老已有上千年的历史了。人参皂苷是人参中的主要有效成份,属于三萜类化合物,目前已经从人参中分离出了至少60种人参皂苷。稀有人参皂苷CK是口服人参或人参总皂苷后在血液中检测到的主要活性成分,被认为是人参在体内代谢后被吸收到血液并发挥作用的主要活性分子。CK被报道具有抗癌、保肝、抗炎症和治疗糖尿病等多种潜在药用价值,由于其在防治关节炎方面的效果已完成临床前实验,2013年国家食品药品监督管理总局批准开展相关临床实验。

  由于CK始终没有在人参总皂苷中检测到,目前主要是通过对原人参二醇型皂苷进行糖基水解来获取它。这类制备方法依赖于人参皂苷资源的供给。由于野生的人参资源已基本耗竭,而人参的人工栽培又面临生长周期长、病虫害和连作障碍等问题,人参皂苷资源的供给、品质及安全性都面临挑战。

  利用合成生物学合成人参皂苷近年来受到极大的关注,2011年韩国科学家在克隆与鉴定原人参二醇合成途径关键酶的基础上构建了可以生产原人参二醇的酵母细胞,2012年他们又鉴定了催化原人参二醇产生原人参三醇的细胞色素P450(CYP716A53v2)。今年1月底中国科学院天津工业生物技术研究所研究员张学礼课题组和中国中医科学院中药资源中心黄璐琦研究员课题组合作构建了同时产齐墩果酸、原人参二醇和原人参三醇的“人参酵母”细胞工厂。上述工作提供的酵母合成皂苷元的技术,为在真正意义上实现合成人参皂苷奠定了基础。

  该研究首次构建了可以生产‘非天然人参皂苷’的酵母细胞工厂,实现了人参皂苷的生物合成。并基于重组酵母细胞中一种新化合物(20S-O- β-(D-glucosyl)-dammarenediol II)的发现与鉴定,证实了在重组酵母细胞中存在着两条合成CK的代谢途径,这暗示着人参中也存在着类似的两条平行的人参皂苷合成途径。该研究是 “973”项目“新功能人造生物器件的构建及集成”的重要组成部分,项目的组织者是中国科学院上海生命科学研究院植物生理生态研究所赵国屏院士。研究工作由中科院合成生物学重点实验室周志华研究组和中科院上海药物研究所岳建民研究组合作完成,同时还获得了中科院知识创新工程重要方向的资助。