De novo synthesis of the sedative valerenic acid in Saccharomyces cerevisiae
- 作者
- Jeff Wong, Leo d'Espaux, Ishaan Dev, Cas van der Horst, Jay Keasling
- 单位
- 加州大学伯克利分校；美国能源部联合生物能源研究所；劳伦斯伯克利国家实验室
- 杂志
- Metabolic Engineering（2018）
- DOI
- 10.1016/j.ymben.2018.03.005
- 所属领域
- 代谢工程
- 关键词
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解决的核心问题
缬草酸生物合成途径未完全阐明，植物提取物成分不稳定且含有拮抗成分，需通过微生物合成获得纯品。
研究策略
利用工程酵母作为表达平台，通过系统发育和表达谱分析从缬草转录组中筛选P450，结合醇/醛脱氢酶共表达，重建缬草酸从头合成途径。
核心内容
本研究以酿酒酵母为底盘，通过系统发育和表达谱分析从缬草转录组中筛选出新的缬草二烯氧化酶VoCYP71DJ1，并共表达醇/醛脱氢酶及细胞色素P450还原酶，首次在酵母中重建了缬草酸的从头合成途径。为提升前体供给，采用MBP和ERG20蛋白标签融合策略显著增强缬草二烯合成，未标记VDS仅产约3 mg/L缬草二烯，而MBP-VDS-ERG20融合体产量提升至约30 mg/L。进一步共表达来自青蒿的AaADH1和AaALDH1后，最终菌株JWy627产缬草酸4 mg/L，缬草二烯达140 mg/L。该工作不仅鉴定了缬草酸生物合成关键氧化酶，也证明酵母是发现和重构植物氧化型萜类途径的高效平台，为缬草酸的规模化微生物生产奠定了基础。
创新点
首次在酵母中实现缬草酸的从头合成；鉴定出新的缬草二烯氧化酶VoCYP71DJ1；通过蛋白质标签（MBP和ERG20）显著提高缬草二烯产量。
研究对象（8）
| 底盘细胞 | 代谢通路 | 基因 | 蛋白 | 功能 | 说明 |
|---|---|---|---|---|---|
| Saccharomyces cerevisiae | 缬草酸生物合成途径 | VDS | valerena-4,7(11)-diene synthase | 催化 | 将FPP环化为valerenadiene |
| Saccharomyces cerevisiae | 缬草酸生物合成途径 | VoCYP71DJ1 | valerenadiene oxidase (P450) | 催化 | 催化valerenadiene羟基化生成valerenic alcohol |
| Saccharomyces cerevisiae | 缬草酸生物合成途径 | VoADH1 | 醇脱氢酶 | 催化 | 催化valerenic alcohol氧化为valerenic aldehyde |
| Saccharomyces cerevisiae | 缬草酸生物合成途径 | VoALDH1 | 醛脱氢酶 | 催化 | 催化valerenic aldehyde氧化为valerenic acid |
| Saccharomyces cerevisiae | 缬草酸生物合成途径 | AaADH1 | Artemisia annua醇脱氢酶 | 催化 | 替代VoADH1提高产量 |
| Saccharomyces cerevisiae | 缬草酸生物合成途径 | AaALDH1 | Artemisia annua醛脱氢酶 | 催化 | 替代VoALDH1提高产量 |
| Saccharomyces cerevisiae | 缬草酸生物合成途径 | AaCPR1 | 细胞色素P450还原酶 | 能量供给 | 为P450提供电子 |
| Saccharomyces cerevisiae | 甲羟戊酸途径 | ERG20 | 法尼基焦磷酸合酶 | 催化 | 融合标签提高VDS溶解度并增加FPP供应 |
关键发现
- 最终菌株JWy627产缬草酸4 mg/L，缬草二烯140 mg/L
- 未标记VDS仅产约3 mg/L，MBP-VDS-ERG20产约30 mg/L
- 通过共表达AaADH1和AaALDH1提高了缬草酸产量。
研究结论
成功在酿酒酵母中实现缬草酸的从头生物合成，证明酵母是发现和重构植物氧化型萜类途径的有效平台，也为缬草酸的规模化生产奠定基础。