葫蘆二烯醇的異源高效合成研究

李守連　王冬　劉怡　林庭庭　唐金磊　花爾并　張學(xué)禮　戴住波　黃璐琦

[摘要] 葫蘆二烯醇具有抑制炎癥和抗癌活性，同時(shí)為羅漢果甜苷和葫蘆素等重要中藥有效成分生物合成途徑中的基本前體。為獲得高效生產(chǎn)葫蘆二烯醇的釀酒酵母細(xì)胞工廠，該研究首先從羅漢果中克隆到葫蘆二烯醇合酶（CBS）基因，通過在三萜化合物底盤菌WD2091中異源表達(dá)和發(fā)酵后，產(chǎn)物經(jīng)過GCMS鑒定獲得產(chǎn)量為27.44 mg·L-1工程菌。再進(jìn)一步調(diào)控工程菌中葫蘆二烯醇合酶基因表達(dá)，最終成功獲得葫蘆二烯醇提高202.07%，產(chǎn)量為82.89 mg·L-1，高密度發(fā)酵達(dá)到1 724.10 mg·L-1的釀酒酵母細(xì)胞工廠313SLCB。該研究為推動(dòng)葫蘆烷型四環(huán)三萜生物合成途徑解析及高效細(xì)胞工廠創(chuàng)建提供了基礎(chǔ)。

[關(guān)鍵詞] 三萜； 葫蘆二烯醇； 合成生物學(xué)； 釀酒酵母

Study of heterologous efficient synthesis of cucurbitadienol

LI Shoulian1，2，3， WANG Dong2，3， LIU Yi2，3， LIN Tingting4， TANG Jinlei2，3，HUA Erbing1， ZHANG Xueli2，3 *， DAI Zhubo2，3*， HUANG Luqi4

（1.College of Biotechnology， Tianjin University of Science & Technology， Tianjin 310018， China；

2.Tianjin Institute of Industrial Biotechnology， Chinese Academy of Sciences， Tianjin 300308， China；

3.Key Laboratory of Systems Microbial Biotechnology， Chinese Academy of Sciences， Tianjin 300308， China；

4.State Key Laboratory Breeding Base of Daodi Herbs， National Resource Center for Chinese Materia

Medica， China Academy of Chinese Medical Sciences， Beijing 100700， China）

[Abstract] Cucurbitadienol has antiinflammation， anticancer activities， and acts as a precursor of traditional Chinese medicine active ingredients mogroside and cucurbitacine. For construction of a Sacchromyces cerevisiae cell factory for production of cucurbitadienol， we firstly cloned a cucurbitadienol synthase （CBS） gene from Siraitia grosvenorii. Then， through heterologous expression of CBS in the triterpenoid chassis strain WD2091， the engineered strain could produced 27.44 mg·L-1 cucurbitadienol， which was determined by GCMS. Further regulation of CBS expression led to cucurbitadienol′s titer increasing by 202.07% and reaching 82.89 mg·L-1 in the shake flask fermentation and 1 724.10 mg·L-1 in the high cell density fermentation. Our research promotes the cucurbitanetype tetracyclic triterpenoids synthesis pathway analysis progress and provides the basis for further obtaining cell factories for production of cucurbitadienol tetracyclic triterpenoids.

[Key words] triterpenoids； cucurbitadienol； synthetic biology； Sacchromy cescerevisiae

葫蘆二烯醇（cucurbitadienol）是從羅漢果、栝樓、西瓜、冬瓜和苦瓜等多種葫蘆科植物中分離獲得的葫蘆烷型四環(huán)三萜類化合物的基本前體，其在生物體內(nèi)能被進(jìn)一步被酶修飾形成羅漢果甜苷和葫蘆素等化合物[1]。其中羅漢果甜苷Ⅴ是羅漢果果實(shí)甜味的主要成分，甜度是蔗糖的250倍，是糖尿病患者和肥胖者食品的良好添加劑[2]；另外，葫蘆素等苦味成分具有廣泛的生物活性，如護(hù)肝，抗炎，抗菌，驅(qū)蟲以及對(duì)中樞神經(jīng)系統(tǒng)和心血管具有保護(hù)作用[3]；一些葫蘆素還可以作為蛻皮類固醇受體激動(dòng)劑和拮抗劑[4]。

運(yùn)用合成生物學(xué)策略實(shí)現(xiàn)中藥有效成分生物合成途徑的異源重建及產(chǎn)物的生產(chǎn)，能夠積極促進(jìn)生物合成途徑解析和利用，如丹參酮[5]，嗎啡[6]和人參皂苷[7]等成分的生物合成途徑的研究。在生產(chǎn)方面，Keasling團(tuán)隊(duì)耗時(shí)10年，將黃花蒿中青蒿酸的合成途徑完全解析，并在釀酒酵母中完成了抗瘧藥物前體—青蒿酸的異源合成工作，青蒿酸的產(chǎn)量達(dá)25 g·L-1[8]。endprint