實(shí)現(xiàn)啤酒花活性成分黃腐醇高效生物合成

【黃河啤酒官方網(wǎng)站】中國科學(xué)院大連化學(xué)物理研究所研究員周雍進(jìn)團(tuán)隊(duì)以釀酒酵母為宿主,通過強(qiáng)化和平衡生物合成途徑、提高限速步驟異戊烯基化的轉(zhuǎn)換效率,實(shí)現(xiàn)了黃腐醇(又名黃腐酚)異源生物合成。相關(guān)研究成果近日發(fā)表于《自然-通訊》。

黃腐醇是一種異戊烯基化的黃酮類化合物,來源于啤酒花,在工業(yè)上主要應(yīng)用于啤酒釀造。該化合物不僅能改善啤酒風(fēng)味,還具有多種生物活性,如預(yù)防癌癥、抗氧化、抗炎和免疫調(diào)節(jié)等作用。目前,黃腐醇主要從啤酒花中提取,由于植物培育受地理、氣候等因素影響,植物中的黃腐醇含量低且分離純化困難、結(jié)構(gòu)不穩(wěn)定,導(dǎo)致釀造過程中黃腐醇損失率達(dá)80%至90%,急需發(fā)展其他生產(chǎn)路線供應(yīng)黃腐醇。

利用微生物細(xì)胞工廠,通過引入異源黃腐醇合成途徑并改造和平衡內(nèi)源代謝途徑,有望實(shí)現(xiàn)黃腐醇的生物合成。釀酒酵母被廣泛應(yīng)用于食品釀造,具有極強(qiáng)的可塑性、魯棒性和安全性,逐漸成為天然產(chǎn)物生物合成的主要平臺之一。研究團(tuán)隊(duì)通過模塊化工程、提高前體供應(yīng)、構(gòu)建融合蛋白等策略,強(qiáng)化和平衡3個平行途徑的代謝流,通過限速酶篩選、酶工程和過氧化物酶體區(qū)域化等策略,提高限速步驟異戊烯基化的轉(zhuǎn)換效率,實(shí)現(xiàn)了黃腐醇的關(guān)鍵前體脫甲基黃腐醇的生物合成,其生物合成效率提高了83倍,產(chǎn)量達(dá)到4毫克/升。接著,團(tuán)隊(duì)利用表達(dá)甲基轉(zhuǎn)移酶獲得了142微克/升的黃腐醇。

該研究為復(fù)雜活性天然產(chǎn)物的高效合成提供了理論指導(dǎo),有望為天然產(chǎn)物新資源開發(fā)和可持續(xù)利用提供保障。