白樺脂酸(betulinic acid,簡稱BA)是一種五環三萜類化合物,其衍生物具有顯著的抗腫瘤和抗艾滋病毒的活性,在合適濃度下對黑色瘤細胞具有專一的殺死作用,而對于人體正常體細胞無任何副作用,更為重要的是近期白樺酯酸衍生物抗HIV二期臨床實驗已經取得成功,因此,白樺酯酸目前已被認為是最具潛力的藥物先導化合物之一。
白樺酯酸的主要來源是從白樺樹的樹皮中進行提取純化,由于該化合物在白樺樹皮中的含量很低,大約只有萬分之幾,每年就中國市場大約消耗23萬噸的白樺樹樹皮,長期的采伐已導致白樺樹資源的嚴重短缺,更是嚴重影響著白樺酯酸的開發利用。
中國科學院植物種質創新與特色農業重點實驗室天然產物合成生物學學科組博士研究生李晶在章焰生研究員的指導下,將植物中白樺酯酸的整個代謝通路裝入酵母細胞,成功地利用微生物合成了白樺脂酸。通過組合生物合成學研究方法,深入研究了關鍵基因和代謝通路對酵母生物合成白樺脂酸的影響。結果發現脂肪酸和萜類前體合成途徑的代謝流平衡對白樺脂酸合成影響顯著,并通過協同表達這兩個代謝通路中的關鍵調控基因(HFA1,HMG1和ERG9)可以顯著提高白樺脂酸產量,該工程菌每升培養基已能合成毫克級的白樺酯酸。
該研究成果革新了白樺脂酸的合成方式,將避免對植物資源的嚴重依賴,相關結果在國際學術期刊Applied Microbiology and Biotechnology已在線發表。
脂肪酸和萜類前體合成途徑中的關鍵調控基因協同表達對白樺脂酸生物合成的影響