生物學(xué)策略生產(chǎn)青蒿素

合成生物學(xué)策略生產(chǎn)青蒿素生工1201金龍斌背景介紹：一種因戰(zhàn)爭(zhēng)而生的抗瘧藥2023年23日國(guó)際醫(yī)學(xué)大獎(jiǎng)——美國(guó)拉斯克獎(jiǎng)臨床研究獎(jiǎng)授予中國(guó)中醫(yī)科學(xué)院終身研究員屠呦呦，以表彰她“發(fā)現(xiàn)了青蒿素——一種治療瘧疾的藥物，在全球特別是開展中國(guó)家挽救了數(shù)百萬(wàn)人的生命〞。黃花蒿〔ArtemisiaannuaLinn〕又叫黃蒿，是菊科蒿屬的一年生草本植物，廣泛分布在國(guó)內(nèi)各省。為中國(guó)傳統(tǒng)中草藥。其有效成分—青蒿素在抗瘧方面與傳統(tǒng)的奎寧類抗瘧藥物具有不同的作用機(jī)理?！扒噍镆晃眨簧凉n，絞取汁盡服之〞。《肘后備急方》青蒿素是從植物黃花蒿莖葉中提取的有過(guò)氧基團(tuán)的倍半萜內(nèi)酯藥物。也是中國(guó)發(fā)現(xiàn)的第一個(gè)被國(guó)際公認(rèn)的天然藥物。青蒿素類藥物毒性低、抗虐性強(qiáng)，被WTO批準(zhǔn)為世界范圍內(nèi)治療腦型瘧疾和惡性瘧疾的首選藥物。瘧疾是經(jīng)按蚊叮咬或輸入帶瘧原蟲者的血液而感染瘧原蟲所引起的蟲媒傳染病。寄生于人體的瘧原蟲共有四種，即間日瘧原蟲，三日瘧原蟲，惡性瘧原蟲和卵形瘧原蟲。在我國(guó)主要是間日瘧原蟲和惡性瘧原蟲。呦呦鹿鳴，食野之蒿。我有嘉賓，德音孔昭。傳統(tǒng)青蒿素的提?。?0年代以來(lái)，青蒿素的化學(xué)合成、生物合成及組織培養(yǎng)相繼成功，但由于受率低、本錢高而難以投入工業(yè)化生產(chǎn)，目前青蒿素來(lái)源主要是從青蒿中直接提取得到；或提取青蒿中含量較高的青蒿酸，然后半合成得到。然而青蒿素含量隨產(chǎn)地不同差異極大。除中國(guó)重慶東部、福建、廣西、海南局部地區(qū)外，世界絕大多數(shù)地區(qū)生產(chǎn)的青蒿中的青蒿素含量都很低，無(wú)利用價(jià)值。關(guān)鍵酶基因的研究進(jìn)展。底盤細(xì)胞選擇與構(gòu)建。工程菌目的產(chǎn)物的提高措施合成生物學(xué)策略青蒿素生物合成路線01真核微生物01原核微生物01植物細(xì)胞底盤細(xì)胞的選擇2003年，美國(guó)Keasling小組將青蒿ADS基因經(jīng)密碼子優(yōu)化后導(dǎo)入大腸桿菌中表達(dá)，首次在細(xì)菌體內(nèi)合成出青蒿素的第一個(gè)關(guān)鍵前體——紫穗槐-4,11-二烯。2006年，Keasling小組將ADS基因連同CYP71AV1和CPR基因同時(shí)導(dǎo)入釀酒酵母中表達(dá)，培育出世界上第一株生產(chǎn)青蒿酸的酵母工程菌，經(jīng)代謝途徑修飾與優(yōu)化，其產(chǎn)率已達(dá)153mg/L，加拿大的一支隊(duì)伍于08年將新克隆的青蒿DBR2基因連同ADS，CYP71AV1和CPR基因一同導(dǎo)入釀酒酵母，率先培育出合成雙氫青蒿酸的酵母工程菌。美國(guó)肯塔基大學(xué)將青蒿ADS基因及鳥類FPS基因?qū)霟煵葜斜磉_(dá)，經(jīng)葉綠體信號(hào)序列引導(dǎo)，ADS和FPS被轉(zhuǎn)運(yùn)至葉綠體，并合成紫穗槐-4,11-二烯。底盤細(xì)胞代謝途徑設(shè)計(jì)只導(dǎo)入青蒿素合成特異途徑中的基因，利用底盤細(xì)胞中固有的底物供給途徑，到達(dá)制備青蒿素中間體的目的。除了導(dǎo)入青蒿素合成特異途徑中的基因外，還導(dǎo)入了底物供給途徑的限速酶基因。除了導(dǎo)入青蒿素合成特異途徑中的基因外，另外導(dǎo)入一條底物供給途徑。工程菌目的產(chǎn)物提高措施一：?jiǎn)?dòng)子修飾。四：密碼子優(yōu)化二：增加基因拷貝數(shù)五：基因替換三：選擇不同區(qū)室六：增加輔酶數(shù)量七：優(yōu)化培養(yǎng)和生產(chǎn)條件酵母菌合成青蒿素為了在酵母菌體內(nèi)實(shí)現(xiàn)該流程，對(duì)酵母菌進(jìn)行了2個(gè)方面的基因工程改造。青蒿酸分離提純混合培養(yǎng)物細(xì)胞體沉淀物堿性清洗緩沖液HCL調(diào)PH醚抽提抽提物凝膠柱層析純度大于95%的青蒿酸前景展望：通過(guò)合成生物學(xué)制備青蒿素，不受環(huán)境和土地的制約,能在短時(shí)間內(nèi)獲得大量的青蒿素，能穩(wěn)定世界市場(chǎng)上青蒿素的供給，有效地降低青蒿素的價(jià)格，