三七是我国著名的名贵药用植物之一，其在临床上的广泛应用与其活性分子人参皂苷密切相关。人参皂苷Rg3具有多靶点、多途径的药理活性，如抗肿瘤、抗糖尿病、抗抑郁、抗炎、抗病*等。与人参皂苷Rg3相比，绞股蓝皂苷LXXV的研究较少，它也具有抗癌活性22和治疗非酒精性脂肪性肝炎的药效。人参皂苷是糖苷类化合物，具有不同的糖链结构。虽然人们已经做了大量的工作，但在人参皂苷的生物合成途径中仍有一些未知的步骤。
近日，来自首都医科大学的在ACSsyntheticbiology上发表了题为“KeyGlycosyltransferaseGenesofPanaxnotoginseng:IdentificationandEngineeringYeastConstructionofRareGinsenosides”的文章。在酿酒酵母中重构人生皂苷的生物合成途径高产绞股蓝皂苷。
首先，研究人员在先前研究的基础上，克隆了27个全长的UGT（UDP糖基转移酶，UDPglycosyltransferases）并进行生物信息学分析。成功表达PnUGT后，在体外验证和鉴定其催化功能。其中PnUGT33可催化原人参二醇组皂苷C3和C20糖链的延伸。然后，研究者还对PnUGT33的酶活性和催化机理进行了研究，催化反应温度为35℃最佳，该酶还显示出对底物——人参皂苷CK具有强亲和性，与此同时，研究者还借助3D模型和对接实验预测了该酶的活性中心和几个潜在的关键氨基酸。最后，在人参皂苷Rh2高产菌株酿酒酵母BYZ1中引入PnUGT33/PnUGT5模块（菌株BYZ3），进一步过表达UDPG生物合成途径基因，获得产量显著提高的菌株BYZ5，在更换为YPD培养基后，其Rg3的摇瓶发酵产量达到51mg/L。经同样的改造步骤，补料分批发酵生产的绞股蓝皂苷LXXV达到了94.5mg/L。
综上所述，该文的工作主要是根据已有的三七基因组和转录组数据挖掘并筛选出了三七糖基转移酶候选基因，并分析了对应糖苷酶的特性，随后在酿酒酵母中重建了稀有人参皂苷Rg3和人参皂苷LXXV的生物合成途径。其中，eRg3的摇瓶发酵产量达到51mg/L，而绞股蓝皂苷LXXV的补料分批发酵产量达到报道的最高记录94.5mg/L。
（王雨舟摘译）
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