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白藜芦醇的微生物合成进展
摘 要：白藜芦醇是一种植物源多酚类化合物,具有清除自由基、抗肿瘤、抗衰老、预防心血管疾病等多种生物学活性.白藜芦醇主要从植物中提取,因受诸多条件限制,研究者已开始利用微生物合成白藜芦醇.本文就目前白藜芦醇在微生物表达系统中合成的相关研究进行综述,并对其前景进行展望.
关键词：白藜芦醇；微生物合成；应用前景
Abstract：Resveratrol is a polyphenolic compound of plant origin. It has many biological activities suchas scenging free radicals, anti-tumor, anti-aging and preventing cardiovascular diseases. Resveratrolis mainly extracted from plants and has been limited by many conditions. Researchers he begun usingmicroorganis to synthesize resveratrol. In this paper, the related research on the synthesis of resveratrol inthe microbial expression system was reviewed, and the future of resveratrol is prospected.
Key words：Resveratrol; Microbial synthesis; Application prospect
中图分类号：R284
白藜芦醇（Resveratrol,Res）是一种非黄酮类多酚化合物,主要存在于葡萄、花生、桑葚等植物中.研究表明,白藜芦醇具有抗氧化、预防心血管疾病及抗神经性病变等多种药理功能[1-4].白藜芦醇主要是从植物中提取,近年来,在生物合成领域,利用微生物合成植物源的代谢产物取得了很大的进展,这使研究者开始利用微生物系统进行合成白藜芦醇的研究[5-8].
1 植物中白藜芦醇的合成途径
在植物中,白藜芦醇通过苯丙烷途径的一个分支途径来合成,如图1 所示.首先由苯丙氨酸裂解酶（PAL）催化苯丙氨酸非氧化脱氨生成肉桂酸,然后肉桂酸被肉桂酸-4- 羟化酶（H）羟基化生成对香豆酸,接着4- 香豆酰-CoA 连接酶（4CL）将对香豆酸连接到辅酶A 的泛酸基团上生成4- 香豆酰辅酶A,最后由芪合酶（STS）催化1 分子4- 香豆酰-CoA 和3 分子丙二酰-CoA生成1 分子白藜芦醇.某些植物的酪氨酸裂解酶（TAL）可直接以酪氨酸为底物催化产生对香豆酸,再经4- 香豆酰-CoA 连接酶、芪合酶催化合成白藜芦醇[9].
在该生物合成途径中,来源于某些植物的酪氨酸裂解酶可以直接利用酪氨酸为底物,催化产生对香豆酸,然后再经4- 香豆酰-CoA 连接酶、芪合酶催化合成白藜芦醇.
2 白藜芦醇在微生物中的合成
现阶段,白藜芦醇主要是从植物的组织中提取,但由于白藜芦醇在植物组织中的含量较低,再加上受原料的来源、植物生长的季节性、地域条件的限制以及提取工艺等诸多因素的影响,使得在植物中提取、分离高纯度的白藜芦醇成本过高.白藜芦醇的化学合成又由于反应过程较复杂、耗能较高、获得的白藜芦醇产量和纯度低,并且容易对生态环境造成污染等不足而限制了其进一步的应用.相对从植物中提取和化学合成法,微生物合成占地少、操作简单、不破坏环境.因此,通过基因工程手段构建重组菌来生产白藜芦醇具有很好的应用价值.
2.1 白藜芦醇在大肠杆菌中的合成
董良媛将葡萄RS 基因构建pET22b-RS 表达载体,转化大肠杆菌BL21（DE3）,在添加对香豆酸和丙二酰辅酶A 后获得25.2 mg/L 白藜芦醇[10].Lim 等将拟南芥At4CL 和马尾松PmSTS 基因在大肠杆菌BL21 Star中表达时未检测到白藜芦醇,欧兰芹PCL 和花生AhSTS 基因在相同条件下则可产生33.0 mg/L 白藜芦醇； 将At4CL 和AhSTS 转入大肠杆菌BW27784 中可产生404 mg/L 的白藜芦醇,而PCL 和酿酒葡萄VvSTS 相同条件下可产生1 380 mg/L 的白藜芦醇[11].朱屹东利用深红酵母TAL、香芹4CL 和葡萄RS 基因分别构建了pACYC-TAL-4CL 和pR-RS,以葡萄糖为底物发酵获得0.23 mg/L 白藜芦醇[12].梁景龙等将拟南芥4CL 和葡萄RS 构建成pMD18-pGAP-Rs-4CL 表达载体转化BW27784,测得发酵液中白藜芦醇含量为4.5 mg/L[13].汪建峰等将烟草4CL 和酿酒葡萄STS 融合表达后酵液中白藜芦醇达到25.76 mg/L[14].
2.2 白藜芦醇在酵母中的合成
Becker 等首次在酿酒酵母FY23 中表达杂交杨树4CL 和葡萄RS 基因,以5 mM 对香豆酸为前体物获得1.5 μg/L 白藜芦醇[15].郭丽琼等将拟南芥4CL、葡萄RS 分别构建pRS42K-4CL 和pRS42H-RS 表达载体,以香豆酸为底物在酿酒酵母ECIII8 中获得0.78 mg/L 白藜芦醇[16].孙萍等将拟南芥4CL、葡萄RS 及粘红酵母TAL 基因通过不同抗性筛选标记表达载体转化酿酒酵母,获得的工程菌在以3 mM 酪氨酸为底物时发酵液中白藜芦醇可达6.20 mg/L[17].
3 白藜芦醇合成途径的优化
重组工程菌株大多可实现白藜芦醇合成,不足之处是合成的产量较低.Wang 等对TAL 进行了突变与子优化后,在酿酒酵母中使白藜芦醇产量提高[18].朱屹东将aroF 和pheAfbr 基因转入大肠杆菌以提高合成白藜芦醇所需前体物含量,同时将matB 和matC 基因转入大肠杆菌增加白藜芦醇合成过程中丙二酰辅酶A 的供给,优化后白藜芦醇产量提高11.9 倍[12].林雅楠等YM9 培养基中添加聚乙二醇,以含1.2 g/L 对香豆酸为底物获得598 g/L 白藜芦醇[19].杨亚东等通过（GGGGS）3 接头将烟草4CL 和虎杖RS 连接,在大肠杆菌Rosetta 中经1.0 mM 的IPTG、25 ℃时诱导4 h 获得最高目标蛋白表达量[20].
4 展望
现有研究表明,白藜芦醇的微生物合成已取得很大进展,虽然距离工业化应用还存在较大差距,但随着基因工程技术和合成生物学不断发展,利用微生物来合成白藜芦醇将会逐步实现产业化.
研究进展论文范文结:
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