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田云教授团队在虫草素绿色生物制造方面取得重要突破

发布时间: 2023-02-24 11:07:24   浏览次数 : 628    来源:湖南农业大学

近日,我校生物科学技术学院田云教授团队通过与南京工业大学等单位合作,利用合成生物技术改造解脂耶氏酵母实现了虫草素的绿色高效合成,进一步扩大了该酵母的工业应用范围。团队后续将持续进行底盘细胞的改造升级,加快推进虫草素绿色生物制造。


田云教授团队在虫草素绿色生物制造方面取得重要突破


合成生物技术改造解脂耶氏酵母生产虫草素

虫草素(Cordycepin)是冬虫夏草(Ophiocordyceps sinensis)和蛹虫草(Cordyceps militaris)的主要活性成分,具有抗肿瘤、抗病毒、免疫调节、改善代谢紊乱等多种重要生理活性,广泛应用于健康食品和化妆品等领域,并在新药研发方面具有很好的前景。目前,虫草素主要是通过C.militaris液体发酵来进行生产,存在周期长和成本高等问题,无法满足市场的需求。随着虫草素生物合成关键基因的确定以及生物合成途径的初步解析,为构建细胞工厂实现虫草素的绿色高效生产提供了契机。


田云教授团队在虫草素绿色生物制造方面取得重要突破


产虫草素解脂耶氏酵母工程菌发酵条件优化

为了寻找适合虫草素合成的底盘细胞,构建高效合成虫草素的细胞工厂,田云教授团队在探讨不同类型底盘细胞与C.Militaris中虫草素生物合成途径的适配性基础之上,通过分析解脂耶氏酵母(Yarrowia lipolytica)的代谢途径,并将C.militaris虫草素生物合成途径整合到Y. lipolytica基因组中,实现了虫草素的异源生物合成。为了提升底盘细胞Y. lipolytica生产虫草素的性能,一方面通过融合酶工程、整合位点优化、增加前体供应以及调控嘌呤代谢途径等策略,获得以葡萄糖为碳源,发酵216h能够生产3588.59 mg/L虫草素的酵母工程菌YL-C19,该研究工作于2022年11月发表在Bioresour Technol(中科院一区,Top期刊,IF=11.889)上;另一方面通过启动子工程、蛋白质工程、ATP工程以及前体工程,构建了酵母工程菌YlCor-18,该菌株通过分批补料发酵在168h能够生产4362.54 mg/L的虫草素,该研究工作于2023年2月发表在ACS Synth Biol(中科院二区,IF=5.249)上。团队结合自身研究工作,综述了产虫草素的微生物资源,介绍了人工培养虫草素产生菌中关键代谢途径、转录因子与虫草素生物合成的关系,总结了通过菌种改良和基因工程技术提高虫草素产量的现状,并探讨了利用合成生物学构建细胞工厂提高虫草素产量的可能性,这些学术观点于2023年1月发表在Trends Food Sci Tech(中科院一区,Top期刊,IF=16.002)上。

上述研究工作主要由我校生物科学技术学院田云教授、卢向阳教授和刘虎虎副教授共同指导博士研究生段希宇、硕士研究生宋泽祺等完成,我校均为第一完成单位。研究工作先后获得国家重点研发计划课题、国家自然科学基金、湖南省自然科学基金、湖南省青年科技人才项目、长沙市杰出创新青年项目和湖南农业大学“双一流”建设项目等资助。


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