食品合成生物学与生物制造团队

为了避免使用昂贵的松柏醇作为底物，江南大学生物工程学院生物系统与生物加工工程研究室研究人员设计了由香草醇氧化酶PsVAO和APX1组成的酶级联。PsVAO可以将廉价易得的丁香酚氧化为松柏醇，同时产生等摩尔的副产物H₂O₂，后者可以作为APX1的电子受体被还原为H₂O。为了优化PsVAO和APX1的比例，提高转化效率，同时减少H₂O₂的积累，分别使用不同的基因表达结构表达酶级联。结果表明，以操纵子结构表达PsVAO和APX1的菌株OPOprI具有最高的催化效率，水飞蓟宾和异水飞蓟宾的总产量为120.45 mg/L。胞内血红素含量是大肠杆菌合成过氧化物酶活性的限制性因素，通过使用不同拷贝数质粒过表达血红素合成限速步骤基因hemL和hemA，水飞蓟宾和异水飞蓟宾的总产量提高至169.3 mg/L。通过对反应条件进行优化发现，该酶级联反应的最适pH和温度分别为7.0和37oC。由于酶级联以分子氧O₂作为电子受体驱动反应进行，因此较高的溶氧水平有利于提高反应效率。为了减少高浓度的丁香酚对酶活有抑制作用，研究人员通过两种方式对反应条件进行了进一步优化，包括：i)优化丁香酚和黄杉素比例，ii)优化补料速率。另外，研究人员发现，偏酸性的环境有利于产物的稳定。最后，在最优反应条件下，对该酶级联反应在3 L发酵罐中进行了验证。在12 h内，水飞蓟宾和异水飞蓟宾的总产量为2.58 g/L，转化率为76.7%。该方法首次报道了通过人工设计的酶级联转化法合成水飞蓟宾和异水飞蓟宾，为获得水飞蓟宾药物提供了一种有效的途径。

上述研究工作得到了国家自然科学基金(31670095、31770097)、江苏省“六大人才高峰”(2015-JY-005)和江苏省研究生科研与实践创新计划项目(KYCX17_1417)的资助，以“Engineering enzymatic cascades for the efficient biotransformationof eugenol and taxifolin to silybin and isosilybin”为标题发表在期刊GreenChemistry上(Lv et al., Green Chem. 2019. 21(7):1660-1667.)，2014级博士生吕永坤为第一作者，周景文教授为通讯作者。