[01239938]老年病原料药的生物合成

本研究解析并在大肠杆菌中重构了黄芩素的生物合成途径;实现了摇瓶中以苯丙氨酸为添加物,黄芩素的产量为23.6mg/L;在在5L发酵罐中其产量为1.6克/升。 本项目在实施结束后,发表标注受本项目（KFZD-SW-212）资助SCI研究论文1篇,论文发表在代谢工程领域国际知名期刊《Metabolic engineering》上,同时申请发明专利1项。 黄酮类化合物是药用植物发挥其药效活性的主要成分。许多黄酮类化合物均具有良好的药用活性。黄芩素是从唇形科多年生草本中药植物黄芩（Scutellaria baicalensis Georgi）的干燥根中提取的主要活性成分,也是中药黄芩发挥药理作用的物质基础之一。近年来,大量的体内外实验均证明,黄芩素具有抗氧化、抗炎症、抗凋亡以及改善学习记忆能力等广泛的生物学活性及药理学活性,其作用谱广、作用位点多、作用机制复杂多样,有望成为安全、价廉且广谱的有效抗肿瘤药物及治疗阿尔茨海默症的潜在理想药物。黄芩素在黄芩药材中的含量仅为0.1%-0.5%,且黄芩中的成分复杂,如何高效低成本的获得高纯度黄芩素并作进一步的药学研究和开发是目前需解决的问题。本项目研究打通了黄芩素合成路线,首次实现了黄芩素的大肠杆菌从头合成,达到国际领先水平。具体地,在大肠杆菌中引入7个物种来源的11个基因,通过构建合成路径的二氢黄酮合成模块、P450模块,并对模块进行的适配与优化策略,在摇瓶水平中间体松属素产量达到12.2 mg/L,白杨素产量达到28.8 mg/L,终产物黄芩素的产量达到8.5 mg/L。进一步通过引物丙二酰合成途径、扰动脂肪酸合成途径等策略来增加丙二酰CoA前体的供应,使黄芩素的摇瓶产量达到23.6 mg/L。在5L发酵罐试验中,通过培养基及培养条件优化、底物添加方式、补糖等策略使得黄芩素的产量达到1.6 g/L水平。与此同时,我们通过选择性添加酪氨酸为前体物质,在同一生物材料中合成了一系列的4’’羟基化黄酮类化合物如柚皮素,芹菜素,野黄芩素等,其摇瓶产量分别为63.2 mg/L,112.4 mg/L,47.1 mg/L。其中野黄芹素通过丙二酰前体优化最高产量达到106.5 mg/L。综上,本项目研究建立了高效生产黄酮类化合物松属素/柚皮素,白杨素/芹菜素,黄芩素/野黄芩素的合成生物学技术体系。通过发酵工艺和提取工艺的研究,为黄芩素/野黄芹素等黄酮后续开发中药理毒理、制剂、临床等研究提供合格的原料药,为质量研究提供信息。