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工程酿酒酵母发酵合成咖啡因


                                                                             

      自2015年实现在酿酒酵母中完成**的从头合成后,斯坦福大学美女研究人员ChristinaD. Smolke研究组,实现了另外一种代表性生物碱***的微生物从头合成,该研究成果日前发表在MetabolicEngineering杂志。
      之前的研究已经对***生物碱的生物合成途径完成了鉴定,并且可以通过对工程大肠杆菌(Escherichia coli)或酿酒酵母进行某些前体添加培养,可以实现***及其部分前体分子的转化,但一直未实现***相关生物碱的从头合成。主要的限制是走向嘌呤生物碱的代谢流量极低。
      基于之前的研究基础,Smolke团队在酵母中心代谢的基础上,构建了一条黄嘌呤(xanthine,XT)到黄嘌呤核苷(xanthosine, XR)转化途径,该途径过表达XPT基因增强了黄嘌呤向黄嘌呤核苷的转化,组合表达PA0065基因和XMT基因,首先实现了***前体分子7-甲基黄嘌呤(7-mX)的从头合成,并通过优化基因表达方式,显著提高了7-mX的产量。
      在此基础上,使用来自于小果咖啡(C. arabica)的CCS1酶,可对7-mX进行两步催化合成***,同时由于该酶兼具3-N和1-N的甲基转移酶活性,且底物范围较广,同时亦可发生茶碱分子的合成。通过不同甲基转移酶的组合优化以及代谢流重排,研究获得工程酵母经发酵*高可生产***270 μg/L, 茶碱61 μg/L, 3-甲基黄嘌呤3700 μg/L 。

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