可能的多聚乙酰合成新途径

　　

【生物通编译】

对于那些寻找新药的研究者而言，一类天然化合物——多聚乙酰——一直是药物的一个重要来源。这些药物，其中包括主要的治疗性药物：抗生素erythromycin，免疫抑制性药物FK506和降胆固醇药物lovastatin，每年合起来的销售额超过100亿美元。现在研究者们可能已经找到了合成和加工多聚乙酰的一个改进方法。

由于这类化合物很难合成，从而使得制药公司必须依赖天然来源（少有的细菌和真菌）进行生产。这些微生物当中的某些容易培养，但是剩下的大部分生长缓慢而且培养条件苛刻，这使得它们很难在工业生产中所需要的巨型罐中生长。它们也很难进行遗传加工，从而限制了对聚乙酰合成酶进行加工以使其产生新型聚乙酰的工作。但是在本期Science的第1790 页上，斯坦福大学的化学工程师Chaitan Khosla和同事们报道说，他们对普通实验室细菌大肠杆菌（Esherichia coli）进行了加工，使得这种细菌可以以可能用于工业药物生产的速率产生聚乙酰。

由于大肠杆菌既容易生长，又相当容易进行基因操作，他们的结果提供了一个在更容易进行操作的宿主菌当中制造聚乙酰的可能途径。还为工程师们提供了新型聚乙酰的可能性。华盛顿大学的生物有机化学家Heinz Floss说：“我认为这的确是一项重大突破。”

为了获得上述结果，Khosla和他的合作者们，斯坦福大学的研究生Blaie Pfeifer，来自布朗大学的David Cane，以及另外两位成员，不得不克服一系列巨大的障碍——在大肠杆菌系统中增加两个新的代谢途径并且削弱另一个途径。

第一个问题是让大肠杆菌制造合成研究者们的目标产物——聚乙酰的酶。聚乙酰构成了erythromycin的核心成分。在自然界，制造聚乙酰的细菌，比如一种土壤中存在的细菌Saccharopolyspora erythraea，依赖于一种特殊的酶。这种酶，即聚乙酰合成酶，将一系列小分子形成最终产物——一种环状分子。这种酶自身由三个很大的蛋白分子构成。因此，研究者不得不将三个S. erythraea基因导入大肠杆菌中，而且调节生长条件使其可以制造酶分子。

接下来的问题是使聚乙酰合成酶在大肠杆菌中发挥作用。这些酶的工作很象一个组装线，一个不断成长的聚乙酰链从一个活性位点到下一个活性位点添加下一个分子。该酶使用一个名为磷酸泛酰巯基乙胺的化合物协助进行这种转移工作。但是大肠杆菌本身并不能将磷酸泛酰巯基乙胺添加到聚乙酰链上。为了诱使大肠杆菌这样做，研究者们添加了一个来自一种土壤细菌（Bacillus subtilis）的基因，该基因制造出另一个酶可以添加这种协助因子。

最后需要进行两部修饰步骤，以提供组装聚乙酰所需的材料给大肠杆菌。为了提供一个名为丙酰辅酶A（propionyl-CoA）的材料，斯坦福大学的研究组敲除了大肠杆菌中的关键基因以削弱一个降解该化合物的代谢途径。为了提供另一个名为甲基丙二酰辅酶A（methylmalonyl-CoA）的材料，斯坦福大学的研究组从第三个土壤细菌中借用了一个基因。如果其中任何一步失败的话，研究者们都不得不从头开始。

他们的努力终于获得了成功，制造出的大肠杆菌可以以接近工业上使用的S. erythraea的速率制造出多聚乙酰。此外，通过以制造另一种类型药物的一个酶分子的一部分取代S. erythraea聚乙酰合成酶的一个成分，斯坦福大学的这个研究组制造了一种杂交酶，这种酶可以产生不象自然界中的任何一种聚乙酰的一种新型多聚乙酰。新当选工业微生物协会主席但尚未就职的，Tulane大学的微生物学家Joan Bennett说：“他们已经证明了一种制造新型聚乙酰的直接途径。”

如果大肠杆菌可以用作天然或人工设计的聚乙酰的“生产工厂”，该工作将给Khosla和他与合作者共同建立的一家公司（Kosan Biosciences）巨大的利益。Kosan拥有该项技术的专利，并且拥有在与斯坦福大学的许可协议规定下，销售这项发明的特权。Kosan公司的新技术副总裁，微生物学家Richard Hutchinson说：“现在我们正在研究是否可以非常大规模地使用大肠杆菌。”

Khosla和他的合作者们在利用大肠杆菌进行工业化聚乙酰生产之前还有一段路要走。他们需要诱使这种细菌将糖分子加到聚乙酰上以生成完整的erythromycin分子。而且如果他们完成了这一步，Floss提醒说，有可能这种抗生素会杀死产生它的细菌。Khosla认为存在绕开这些问题的途径，比如可以利用化学方法加上糖分子，或者将erythromycin抗性基因加入大肠杆菌中。Khosla说：“重要的是对于研究者们而言设计和制造新型聚乙酰不再是件困难的事了。”如果真的如此，那么这项工作将激起聚乙酰“淘金者”的另一场“淘金热”。

——摘译自Science Volume 291, Number 5509, Issue of 2 Mar 2001, p. 1683. （heartlake）

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