美国成功研发出从大肠菌中轻松合成化妆品原料的技术

By | 2019-01-31

大量人工合成萜烯类物质成为现实

美国成功研发出从大肠菌中人工合成萜烯类、异戊二烯类物质的技术,这类物质多被用于香料等重要化妆品原料,引发关注。

该方法更短、更有效、更具成本效益和可定制的途径将大肠杆菌转化为一个工厂,可以生产用于从癌症药物到生物燃料的各种用途的萜烯。

1月16日美国化学学会(ACS)发行的学术期刊《Synthetic Biology》上刊登的北卡罗来纳州立大学化学系副教授Gavin Williams研发团队的报告中提到以上内容。

该报告题目是《An artificial pathway for isoprenoid biosynthesis decoupled from native hemiterpene metabolism》。

从大自然中生成的萜烯类物质可用于化妆品、医药品、食品和生物原料等各种工业领域,应用非常广泛。

从各种植物和微生物中可以发现萜烯,例如,西红柿特有番茄红素就是是萜烯类物质的一种。

问题在于一直以来从大自然中直接提取萜烯类物质的方法不太实用,学者们尝试了很多相关研究,但目前为止仍是不易克服的课题。

Williams副教授表示“萜烯本来合成就需要花很长时间,再加上过程复杂,又涉及难以灵活设计的酶,因此合成非常困难。”

他还补充表示“这些困难反过来又使微生物难以大量制造这些分子。”

Williams副教授的研究团队为了克服这些问题,将大肠菌插入合成途径,将个别大肠菌转化为微小的分子生产工厂。这就是他研究的主要内容。

这个过程中,Williams教授团队设计了一种人工合成途径,只涉及到两种酶。而通常从大自然形成的萜烯合成途径涉及到六种酶。

Williams教授用比喻解释称“通常自然界使用大约两种萜烯合成途径,每种途径包含六到七种酶,我们创造了一条捷径,可以说是第3条途径。”

研究过程中,Williams教授的团队使用的核心酶中有一个酸性磷酸酶(PhoN),通常会起到去除磷酸盐的作用。

但在人工途径中,这种酶巧妙地进行逆反应。由于它的混杂性,PhoN在这里特别有用,酶的混杂意味着它们可以对许多不同的分子进行相同的转化。

实际上Williams教授使用通过基因设计的大肠菌,只通过人工合成途径成功生成了包括番茄红素在内的萜烯类物质。

Williams教授表示“新的人工合成途径与过去需要花费很长时间又复杂的方法相比,可以获得同等水平的萜烯类物质。”

Williams教授未来计划后续研究将主要集中在如何降低萜烯类物质的合成费用上。