食品科学技术学报 - page 6

豆酸 3鄄羟化酶 ( C3H) 的限制, 他们在酪氨酸高产
菌株中获得了 50郾 2 mg / L 的咖啡酸产量。 随后在
以香豆酸为底物的条件下获得了 3郾 82 g / L 的产
量 ,在 Phe 和 Tyr 均高产的菌株中得到 766郾 68 mg / L
的产量[22] 。 Kang 等[23] 在高产酪氨酸 E. coli 内以葡
萄糖为底物得到 974 mg / L 香豆酸、150 mg / L 咖
啡酸。
细胞内较低的丙二酰鄄CoA 含量是导致骨架物
质产量较低的重要原因,将来自于谷氨酸棒状杆菌
的乙酰鄄CoA 羧化酶 ( ACC) 置于表达质粒上, 导入
E. coli 有效提高了黄酮产量 [12] 。 Leonard 等 [24] 共
表达来自发光光杆状菌的 ACC 以及生物素连接酶,
融合表达来自 E. coli 和发光光杆状菌的生物素连
接酶, 增强菌体对乙酸盐的吸收能力。 以 Phe 为底
物使得生松素、 柚皮素和圣草酚产量分别提高到
429,119,52 mg / L。 随后他们发现导入三叶草根瘤
菌的丙二酰鄄CoA 合成途径以及利用浅蓝菌素来抑
制脂肪酸代谢途径能再次提高骨架物质产量, 在以
Phe 为底物的条件下生松素产量达到 700 mg / L[25] 。
此外,Lim 等 [26] 通过筛选不同植物里的 STS 基因,
利用不同的启动子, 质粒结构和宿主来优化白黎芦
醇途径, 在添加了浅蓝菌素抑制脂肪酸合成的情况
下产量提高到 2郾 3 g / L。
2郾 2摇 以 S. cerevisiae 为宿主合成黄酮类化合物
酿酒酵母没有致病性并且已经应用于食品科学
领域,与细菌相比, S. cerevisiae 可以对翻译之后的
蛋白质进行适当修饰,多用于真核生物相关基因的
异源表达 。 以 S. cerevisiae 为宿主可以表达出有活
性的 P450 羟化酶 (C4H),合成黄酮类化合物的过
程中有多个步骤涉及 P450 酶 [15] , 因此 S. cerevisiae
成了一个良好的生产菌种。
Jiang 等[27] 首次用 S. cerevisiae 合成出了黄酮类
化合物, 他们共表达了 PAL、4CL、CHS 三种酶,在添
加 Phe / Tyr 的条件下得到生松素和柚皮素的产量分
别为 0郾 8 mg / L 和 7 mg / L。 随后 Yan Yajun 等在
S. cerevisiae中共表达 C4H、4CL、CHS、CHI 四种酶,
并以苯丙氨酸为底物合成黄酮类物质最终得到柚皮
素、 生松素、 圣草酚的产量分别为 28郾 3,16郾 3,6郾 5
mg / L[15,28] ,进一步提高了产量。 还有研究者用随机
拼接构建人工酵母染色体的方法, 以天然或非天然
的底物生产黄酮类化合物, 发明了一种构建全代谢
路径工程菌的方法[29] 。 2010 年,Werner 等[30] 指
出, 用 S. cerevisiae 还可以生产自然界中不存在的非
天然黄酮类化合物,他们以 22 种肉桂酸衍生物为底
物, 用含有 4CL、CHS 酶的菌株生产非天然黄酮类物
质获得了成功。
2郾 3摇 以委内瑞拉链霉菌为宿主合成黄酮类化合物
2009 年,Park 等 [31] 首次报道了以委内瑞拉链
霉菌( streptomyces venezuelae) 为宿主的生产策略 。 研
究者用敲除苦霉素聚酮合酶的委内瑞拉链霉菌为宿
主 ,共表达来自天蓝色链霉菌的 4鄄香豆酸 CoA 连接
酶 (4CL)、不同来源的 CHS 以及 CHI,最终成功合成
了黄酮骨架物质 。 随后, 他们在委内瑞拉链霉菌中
导入了 matB 和 mat C 基因后在外源添加丙二酸盐
的条件下有效地增加了黄酮类化合物的产量 , 柚皮
素 35郾 6 mg / L、生松素 44郾 1 mg / L[32] 。
3摇 工业生产黄酮类化合物现状
黄酮类化合物的工业生产主要是从植物组织中
提取得到, 目前市场上对黄酮类化合物的需求巨大。
工业生产无法满足市场需求 , 主要原因在于植物中
有效成分含量较少, 例如白藜芦醇在花生和葡萄中
的含量低于 4 滋g / (g·干重),在红酒中只有 2 mg / L [26]。
有药物活性的黄酮类化合物往往具有手性选择性 ,
从植物组织中很难分离出单一的有效成分 , 应用有
机溶剂萃取的方法生产黄酮类化合物得到的产品会
有一定的有机溶剂污染 ,同时还会污染环境 。 由于
工业生产原料是植物组织 ,其生产受到季节的限制,
并且由于植物的生长地域不同 ,应用同一提取方案
最终提取到的黄酮化合物也会有不同的成分残留 ,
如重金属等 ,正是由于工业生产上的诸多限制才导
致了黄酮价格昂贵。
4摇 结束语
尽管目前利用微生物大规模生产黄酮类物质仍
然有一段路要走 ,但近年来合成生物学技术的迅速
发展给人们提供了一个有效的工具来改造生物系
统 。 人类在合成生物学上取得的巨大进展极大地提
高了我们设计、 构建以及优化微生物细胞工厂的能
力 [33] 。 随着合成生物学的发展, 我们相信在不久的
将来, 合成的细胞工厂终能克服目前大规模工业化
生产黄酮类物质的固有缺陷。 除了上述的合成生物
学策略和工具以外, 一些用来生产其他天然产物的
策略和方法对于我们开发出有效的黄酮微生物生产
方法也具有一定的启发意义 。 例如一些先进的
DNA 组装工具提供了构建多基因途径从头合成黄
酮骨架物质的有效方法[20] 。 常用的工具包括
SLIC、CPEC 以及 ePathBrick 质粒, 它们都可以提供
一个一步无痕的方法来构建复杂的途径。 在众多
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第 33 卷 第 1 期摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 陈摇 坚等: 微生物合成黄酮类化合物的研究进展