酿酒酵母代谢工程合成抗癌前体吉玛烯A的系统优化与规模化生产

《Bioorganic Chemistry》：Metabolic engineering of Saccharomyces cerevisiae for biosynthesis of the anticarcinogen precursor germacrene A

本研究通过系统重构酿酒酵母甲羟戊酸（MVA）途径强化法尼基焦磷酸（FPP）供给，筛选获得高性能吉玛烯A合酶（DeGAS），并利用（EAAAK）2刚性 linker 构建 ERG20-DeGAS 融合酶。通过三拷贝表达策略使吉玛烯A产量在5 L补料分批生物反应器中达到19.82 g/L，为β-榄香烯的规模化生物制造提供创新策略。

　　

Highlight

化学品与培养基

DNA聚合酶和ClonExpress? II一步克隆试剂盒购自Vazyme（中国南京）。限制性内切酶购自Thermo Fisher Scientific（美国马萨诸塞州）。质粒提取和DNA凝胶回收试剂盒由天根（中国北京）提供。引物和基因由华大基因或拓赫（中国北京）合成测序。β-榄香烯标准品购自Acme（中国上海）。其他试剂均为分析纯。

菌株构建

所有菌株列于表S1。

通过优化酿酒酵母MVA途径构建萜类高产底盘

酿酒酵母具有内源性甲羟戊酸（MVA）途径，在萜类生物合成中起关键作用。通过增强法尼基焦磷酸（FPP）合成来上调MVA途径是提高酿酒酵母萜类产量的有效策略。因此，我们首先优化MVA途径基因表达水平，以获得具有充足FPP供应的酿酒酵母底盘（图1A）。以法尼烯产量作为评估MVA途径基因修饰效果的指标。所有...

结论

本研究通过代谢工程改造酿酒酵母实现了吉玛烯A的高效合成。通过重构MVA途径强化前体供应，构建了高产萜类底盘；从炭角菌（Daldinia eschscholtzii）中筛选到高效吉玛烯A合酶（DeGAS）；利用（EAAAK）₂ linker 构建ERG20-GAS融合基因的三拷贝表达体系，最终在5 L生物反应器中使吉玛烯A产量达到19.82 g/L，为β-榄香烯的生物制造提供了可规模化应用的微生物合成路线。