酵母魔法：解锁灵芝酸的异源合成

灵芝的神奇力量

灵芝，被誉为“仙草”，在传统中医中已有两千多年的应用历史。它含有的灵芝酸（Ganoderic acid），是一类具有高度氧化的羊毛甾烷型三萜类化合物，已被证实具有抗肿瘤、抗转移和抗HIV等多种药理活性。

灵芝酸的异源生物合成

灵芝酸具有多种药理活性，但因灵芝生长缓慢和遗传操作困难，限制其大规模生产。因此，利用成熟的酿酒酵母表达系统进行灵芝酸的异源生物合成，为提高灵芝酸的生产效率提供一条具有吸引力的新途径。本研究成功地在酿酒酵母中表达了来自灵芝的细胞色素P450基因，实现了灵芝酸的异源生物合成。

研究人员首先对灵芝的细胞色素P450单加氧酶（CYP450）基因进行了系统筛选，这些基因可能负责将羊毛甾醇转化为灵芝酸，但之前尚未被功能性表征。通过筛选，研究人员发现过表达CYP450基因cyp5150l8能够在酿酒酵母中产生具有抗肿瘤活性的3-羟基-羊毛甾-8，24-二烯-26-酸（HLDOA），并通过高效液相色谱（HPLC）、液相色谱-质谱联用（HPLC-MS）和核磁共振成像技术（NMRI）进行了确认。在酵母发酵过程中，最终获得了14.5 mg/L的HLDOA产量。

图1 工程化酿酒酵母YL-T3-CYP5150L8在YPD（空心标记）和YPD40培养基（实心标记）摇瓶发酵过程中残留葡萄糖（圆形）、乙醇（方形）、乙酸（三角形）的时间变化曲线

（a），培养基pH值（圆形）变化（b），细胞生长（圆形）情况（c）以及3-羟基羊毛脂-8,24-二烯-26-酸（HLDOA）（圆形）积累量（d）。

图片来自文献: https://analyticalsciencejournals.onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/bit.26583

此外，通过体外酶实验，发现CYP5150L8能够催化羊毛甾醇在C-26位点的三步生物转化，合成HLDOA。这是首次报道灵芝酸的异源生物合成，研究结果有助于阐明灵芝酸的生物合成途径，并为未来优化异源细胞工厂生产灵芝酸提供了重要信息。

还探讨了通过合成生物学方法实现灵芝酸异源生物合成的潜力。通过在酿酒酵母中表达cyp5150l8基因，研究人员不仅成功地在酵母中产生了灵芝酸，而且还揭示了CYP5150L8催化的三步氧化反应途径。这一发现不仅证明了之前假设的从羊毛甾醇到HLDOA的转化步骤，而且还揭示了一种三步途径，这种普遍适用的合成生物学方法将避免天然生产者的遗传难题，并使研究人员能够发现更多参与GA生物合成的功能性CYP，为未来阐明其他灵芝酸的生物合成途径提供了重要的基础。

展望

这项研究不仅为灵芝酸的生物合成提供了新的见解，而且为生产灵芝酸和其他萜类化合物开辟了新的道路。通过进一步的代谢工程优化，可以预期在未来实现灵芝酸产量的显著提高，从而为医药和健康产业提供更多的生物活性化合物。

参考文献：

[1]Wen-Fang Wang, Xiao Han, Jian‐Jiang Zhong. Biosynthesis of a ganoderic acid in Saccharomyces cerevisiae by expressing a cytochrome P450 gene from Ganoderma lucidum[J]. Biotechnology & Bioengineering, 2018, 115(7).DOI:10.1002/bit.26583.