新華網天津12月11日電 (張建新 趙習鈞 靳瑩) 丹參素具有改善血流、抑制血小板活化和動脈血栓形成等藥理活性，是治療心腦血管疾病的化學藥物。目前，丹參素主要從丹參中藥材中提取，但存在收率低、產品質量不穩定等局限性。天津大學化工學院教授趙廣榮團隊歷時6年，通過合成生物學研究，開發出丹參素的高效生物生產方法，使用工程細菌，如工業大腸桿菌，進行發酵生產丹參素，實現了丹參素的從頭生物合成。目前，該團隊已構建了定製合成的微生物細胞工廠，發酵生產的丹參素產量達7g/L以上。該成果屬於國際領先水平，發表於生物技術類高水刊物《代謝工程》、《微生物細胞工廠》上，且擁有國家授權發明專利。
我國是丹參素植物提取物的主要生產國家。但傳統的提取方法為水提醇沉，不足之處是乙醇濃度過高，使原料中丹參素等酚性成分損失較大，含量不穩定。近年來還出現了一些新的提取技術，如酶提法、微波萃取法，但仍然不能解決植物提取法面臨的植物原料受限和質量不穩定、生產能力低、種植受到季節和地理位置的限制等根本問題。天然產物的全合成是解決用藥資源、提高藥用產品質量的重要途徑，而現有的化學全合成丹參素方法，步驟複雜，選擇性差，產率低，且環境汙染嚴重。
趙廣榮團隊首創使用合成生物學方法來合成丹參素。團隊通過生物酶催化機理分析和結構反應推導，深入挖掘生物信息大數據資源，發現了對羥基苯乙酸羥化酶能把丹參素的直接前體——對羥基苯丙酮酸進行間位羥化，而D-乳酸脫氫酶能使酮基還原，從而轉化生成丹參素。而且，如果使用D-乳酸突變酶，還能大幅度提高丹參素的轉化率。根據大腸桿菌能合成對羥基苯丙酮酸的特性，趙廣榮團隊對生物基因模塊進行重新設計和組裝，得到可以高產前體的大腸桿菌 「底盤細胞」，然後將丹參素合成模塊的基因導入該「底盤細胞」中，利用葡萄糖發酵，從而實現了丹參素的人工生物合成。
一般來說，同類研究的思路是先解析天然植物中丹參素的合成途徑，再在微生物中重構。但趙廣榮團隊「逆向而行」，他們在天然植物中丹參素的生物合成途徑未被解析的情況下，直接利用微生物基因，通過新反應設計，建立全新的人工代謝途徑，定製合成植物源藥物丹參素，為定製合成生物技術的發展提供了新思路。國際頂尖雜誌英國《自然 化學生物學》對該研究成果進行全文介紹和亮點評述，指出，「該人工途徑為植物多酚提供了新來源」。
目前，該科研團隊對基因組進行精準編輯，把丹參素合成模塊和強化後的前體合成模塊定位整合到大腸桿菌「底盤細胞」的染色體上，同時敲除了「無用」基因，使工業大腸桿菌在沒有任何抗生素和誘導劑添加的情況下形成一個 「智能微生物細胞工廠」，持續不斷合成丹參素。這為丹參素工業產業化奠定了基礎。該研究得到國家973計劃、863計劃、國家自然科學基金和天津市基金項項目的資助。
如今，合成生物學已經成為綠色生物製造產業高速發展的引擎。利用合成生物技術改變傳統的工業生產方式，將減少對自然資源的依賴，以更小的環境代價獲得高經濟產出，破解資源、能源、健康、環境、安全等重大難題，也為微生物天然定製合成技術打通了重要途徑。（完）
來源：新華網