番茄紅素合成基因組合優(yōu)化和產(chǎn)物測(cè)定

周親親，徐沙，周景文*

1(糧食發(fā)酵工藝與技術(shù)國(guó)家工程實(shí)驗(yàn)室(江南大學(xué))，江蘇 無(wú)錫，214122)2(江南大學(xué) 生物工程學(xué)院，江蘇 無(wú)錫，214122)

番茄紅素是一種抗氧化活性較強(qiáng)的天然色素，其單態(tài)氧淬滅速率是β-胡蘿卜素的2倍[1]，能有效清除自由基，延緩細(xì)胞衰老，對(duì)預(yù)防前列腺癌、肺癌及心血管疾病等有顯著作用[2-3]，被廣泛應(yīng)用于食品添加劑、保健食品與化妝品等行業(yè)。目前因植物提取法存在提取率低、純度低等問(wèn)題、化學(xué)合成法存在手性基團(tuán)無(wú)法控制、得率低等缺點(diǎn)，番茄紅素的工業(yè)生產(chǎn)受到一定限制。而目前天然微生物合成法在發(fā)酵過(guò)程中為了阻斷從番茄紅素到β-胡蘿卜素的合成反應(yīng)，需要添加阻斷劑，導(dǎo)致番茄紅素產(chǎn)量和純度較低[4]。隨著合成生物學(xué)和代謝工程的發(fā)展，改造模式微生物大腸桿菌和釀酒酵母構(gòu)建高效細(xì)胞工廠已經(jīng)引起廣泛關(guān)注[5-7]。

釀酒酵母(Saccharomycescerevisiae,S.cerevisiae)是公認(rèn)為安全無(wú)毒(generally recognized as safe,GRAS)的真核模式微生物，已成功被改造用于生產(chǎn)青蒿酸[8]、次丹參醌[9]、白藜蘆醇[10]以及人參皂苷[11]等多種天然產(chǎn)物。相對(duì)大腸桿菌，釀酒酵母具有真核表達(dá)系統(tǒng)的翻譯后修飾且不含內(nèi)毒素，以其作為宿主細(xì)胞生產(chǎn)番茄紅素具有較大競(jìng)爭(zhēng)力。釀酒酵母本身存在萜類化合物合成的通用途徑即甲羥戊酸途徑(mevalonate pathway, MVA pathway)[12]，萜類化合物構(gòu)成的基本單元為異戊烯焦磷酸(isopentenyldiphosphate, IPP)和二甲基烯丙基焦磷酸(dimethylallyl diphosphate, DMAPP)。這2個(gè)基本單元在法尼基焦磷酸合酶(farnesyl pyrophosphate synthase, FPPS)和牻牛兒基牻牛兒基焦磷酸合酶(geranylgeranyl diphosphate synthase，GGPPS)依次催化下，得到番茄紅素合成前體牻牛兒基牻牛兒基焦磷酸(GGPP)。……