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目前从植物提取靛苷存在诸多弊端，化学合成也有潜在风险。研究人员以大肠杆菌（E. coli）为宿主开展靛苷合成研究。通过多策略优化，靛苷产量达 1043mg/L，摩尔转化率 48.1% 。该研究为靛苷生产开辟新途径。
在染料和医药领域，靛蓝和靛玉红有着广泛的应用。靛蓝作为古老染料，在食品、印染等行业不可或缺；靛玉红则因强大的抗癌活性，在慢性髓性白血病（CML）治疗中发挥重要作用。而靛苷，作为它们的前体化合物，蕴含巨大的开发价值。
以往，获取靛苷主要依靠从植物中提取，像蓼蓝（Polygonum tinctorium）、木蓝（Indigofera tinctoria）等植物的茎叶中含有丰富的靛苷。但这种提取方式问题重重，不仅流程繁琐、耗时费力，而且产品质量不稳定，还会造成环境污染。在提取过程中，传统试剂难以精准提取靛苷，植物内源性酶还会使靛苷水解，导致提取物成分复杂，提取效率大打折扣。同时，提取过程能耗高，并且严重依赖植物原料，受植物生长周期、健康状况等因素制约，无法保证稳定的年产量。化学合成法虽高效、纯度高，但涉及的催化剂、原料和副产物有毒性，对人体健康和环境存在潜在威胁。
为了解决这些难题，国内研究人员开展了一项极具创新性的研究。他们以大肠杆菌（E. coli）为研究对象，利用代谢工程技术，致力于开发一种高效、经济且环保的靛苷异源合成工艺。
研究人员用到的关键技术方法主要有：构建大肠杆菌表达载体，通过基因工程手段将相关基因导入大肠杆菌中；筛选不同来源的糖基转移酶，并对选定的糖基转移酶进行半理性突变；构建共培养系统，将复杂的生物合成途径和功能分配到不同菌株中协同作用。
研究结果如下：
- 构建大肠杆菌表达载体：从大肠杆菌 BL21（DE3）基因组克隆色氨酸酶（TnaA）基因，其可将色氨酸转化为吲哚。同时引入来自甲基噬菌属（Methylophaga）sp. 菌株 SK1 的黄素依赖单加氧酶（MeFMO），负责将吲哚 3 - 位氧化生成吲哚酚。
- 筛选与改造糖基转移酶：对多种来源的糖基转移酶进行筛选，确定用于吲哚酚糖基化活性最高的酶。之后对选定的糖基转移酶 PtUGT2 进行半理性突变，得到活性提高 20% 的突变体 PtUGT2M91A/S145A。
- 优化共培养系统：构建由上游菌株和下游菌株组成的共培养系统。上游菌株负责合成吲哚酚，下游菌株表达糖基转移酶、UDP - 葡萄糖循环系统和 NADPH 再生系统。通过优化培养和反应条件，确定适宜的培养基（如 TB 培养基） ，最终实现靛苷产量的最大化。在优化后，靛苷产量最高可达 1043mg/L，摩尔转化率为 48.1%，相比单菌株的性能提升近 14 倍。
研究结论和讨论部分指出，该研究成功建立了以大肠杆菌共培养系统为核心的多策略靛苷合成方法。通过整合合适培养基的使用、UDP - 葡萄糖循环和 NADPH 再生系统的构建，以及糖基转移酶的半理性突变，有效降低了生产成本，提高了靛苷产量。这一成果为靛苷的生产提供了不依赖植物的全新合成工艺，摆脱了传统植物提取的诸多限制，为全年稳定生产靛苷开辟了新道路。该研究成果发表在《Bioorganic Chemistry》上，为相关领域的研究提供了重要参考，有望推动靛苷在医药、染料等行业的广泛应用，具有重要的科学意义和应用价值。
