酿酒酵母高效合成甘草次酸的途径设计与优化

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AI项目解读

基本信息

  • 批准号:
    21566032
  • 项目类别:
    地区科学基金项目
  • 资助金额:
    40.0万
  • 负责人:
  • 依托单位:
  • 学科分类:
    B0812.生物化工与合成生物工程
  • 结题年份:
    2019
  • 批准年份:
    2015
  • 项目状态:
    已结题
  • 起止时间:
    2016-01-01 至2019-12-31

项目摘要

Glycyrrhetinic acid, the main modified ingredient of traditional Chinese medicinal plant licorice, is kind of triterpenoids. Because of its extensive pharmaceutical activities and special structure, glycyrrhetinic acid has been widely used in medicine, cosmetics, food and other fields. Presently, glycyrrhetinic acid is primarily produced by hydrolyzing glycyrrhizin extracted from licorice, which is strongly depended on licorice resource, resulting in severe ecological destroy. However, this producing method is gradually limited by increased scarce licorice resource. Previously, we constructed and obtained an engineered Saccharomyces cerevisiae with the capacity of producing triterpenoid skeleton, β-amyrin. Therefore, this project intends to explore the synthesis of glycyrrhetinic acid in Saccharomyces cerevisiae. To do this, the key enzymes including cytochrome P450 monooxygenase and dehydrogenase for glycyrrhetinic acid biosynthesis will be explored using various ways. After researches of catalytic characteristics of target function enzymes, the optimal methods of enzymes will be studied. For efficient expression of cytochrome P450 monooxygenase and dehydrogenase, they will be artificially designed and constructed with a combination of modular method, and finally create glycyrrhetinic acid biosynthetic pathway. Through assembling glycyrrhetinic acid biosynthetic pathway into engineered Saccharomyces cerevisiae which can supply the precursor of glycyrrhetinic acid biosynthesis, the glycyrrhetinic acid biosynthesis in Saccharomyces cerevisiae expects to be achieved. The adaptive relations among various synthesis module and the yeast endogenous pathway will be focused so as to establish a method for balance and regulate glycyrrhetinic acid pathways and finally improve the biosynthesis efficiency of glycyrrhetinic acid in Saccharomyces cerevisiae. This study expect to provide a theoretical and technical basis for the use of engineered Saccharomyces cerevisiae producing secondary metabolites such as terpenes.
甘草次酸是中国传统药用植物甘草的主要改性成分,属于三萜类化合物,由于其广谱的药物活性和特殊的中间体结构被广泛地应用于医药、化妆品和食品等领域。目前以甘草酸水解生产甘草次酸的方法对甘草资源的依赖性很强、生态破坏严重,且日益出现的甘草资源稀缺已大大限制了其可持续发展。在前期构建的酿酒酵母工程菌合成三萜骨架β-香树脂醇的基础上,本项目拟通过发掘甘草次酸生物合成的关键酶细胞色素P450单氧化酶和脱氢酶,研究目标酶的催化特性并进行酶工程优化,开展细胞色素P450单氧化酶和脱氢酶的人工模块化设计与组合表达,创建甘草次酸的酵母细胞合成途径,通过与前期构建的三萜骨架合成途径的适配性组装,实现甘草次酸在酿酒酵母中的人工合成,并通过研究合成模块与酵母内源竞争途径之间的互适应关系,探索平衡甘草次酸代谢途径的优化方法,提高甘草次酸的合成效率。研究结果也为利用酿酒酵母合成其它萜类化合物提供依据和思路。

结项摘要

甘草次酸是中国传统药用植物甘草的主要改性成分,属于三萜类化合物,由于其广谱的药物活性和特殊的中间体结构被广泛地应用于医药、化妆品和食品等领域。目前以甘草酸水解生产甘草次酸的方法对甘草资源的依赖性很强、生态破坏严重,且日益出现的甘草资源稀缺已大大限制了其可持续发展。本研究为了实现植物天然产物甘草酸的发酵法生产,利用合成生物学技术和代谢工程手段构建甘草次酸的酵母合成体系。研究获得了生物合成甘草次酸的关键酶P450氧化酶和相应的P450还原酶;利用模块化设计策略,完成了甘草次酸及其11-氧-β-香树脂醇合成途径的构建,实现了它们的人工合成;优选获得了生物合成甘草次酸的底盘宿主和途径表达方式;发现了甘草次酸生物合成的关键限速步骤,并建立了半理性改造该限速细胞色素单加氧酶CYP72A154的方法,获得了有益突变,使甘草次酸的合成增加了1.60倍;结合调节细胞氧化还原状态和平衡NADPH还原力,有效提高了11-氧-β-香树脂醇和甘草次酸的合成,最后在乙醇补料发酵模式下,甘草次酸的合成水平达到18.9 mg/L。研究结果为甘草次酸的合成提供了一种新方法,也为利用酿酒酵母合成其它萜类化合物提供依据和思路。

项目成果

期刊论文数量(2)
专著数量(0)
科研奖励数量(0)
会议论文数量(1)
专利数量(1)
Boosting 11-oxo-ß-amyrin and glycyrrhetinic acid synthesis in Saccharomyces cerevisiae via pairing novel oxidation and reduction system from legume plants
通过配对来自豆科植物的新型氧化和还原系统,促进酿酒酵母中 11-oxo-β-amyrin 和甘草次酸的合成
  • DOI:
    10.1016/j.ymben.2017.11.009
  • 发表时间:
    2018-01-01
  • 期刊:
    METABOLIC ENGINEERING
  • 影响因子:
    8.4
  • 作者:
    Zhu, Ming;Wang, Caixia;Li, Chun
  • 通讯作者:
    Li, Chun
Boosting 11-oxo-β-amyrin and glycyrrhetinic acid synthesis in Saccharomyces cerevisiae via pairing novel oxidation and reduction system from legume plants
通过配对来自豆科植物的新型氧化和还原系统,促进酿酒酵母中 11-oxo-β-amyrin 和甘草次酸的合成
  • DOI:
    --
  • 发表时间:
    2018
  • 期刊:
    Metabolic Engineering
  • 影响因子:
    8.4
  • 作者:
    Xiaohong Zhou
  • 通讯作者:
    Xiaohong Zhou

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课题项目:调控A型流感病毒诱导IFN-β表达的机制研究

AI项目摘要:

本研究聚焦于TRIM2蛋白在A型流感病毒诱导的IFN-β表达中的调控机制。A型流感病毒是全球性健康问题,其感染可导致严重的呼吸道疾病。IFN-β作为关键的抗病毒因子,其表达水平对抗病毒防御至关重要。然而,TRIM2如何调控IFN-β的表达尚未明确。本研究假设TRIM2通过与病毒RNA或宿主因子相互作用,影响IFN-β的产生。我们将采用分子生物学、细胞生物学和免疫学方法,探索TRIM2与A型流感病毒诱导IFN-β表达的关系。预期结果将揭示TRIM2在抗病毒免疫反应中的作用,为开发新的抗病毒策略提供理论基础。该研究对理解宿主抗病毒机制具有重要科学意义,并可能对临床治疗流感病毒感染提供新的视角。

AI项目思路:

科学问题:TRIM2如何调控A型流感病毒诱导的IFN-β表达?
前期研究:已有研究表明TRIM2参与抗病毒反应,但其具体机制尚不明确。
研究创新点:本研究将深入探讨TRIM2在IFN-β表达中的直接作用机制。
技术路线:包括病毒学、分子生物学、细胞培养和免疫检测技术。
关键技术:TRIM2与病毒RNA的相互作用分析,IFN-β启动子活性检测。
实验模型:使用A型流感病毒感染的细胞模型进行研究。

AI技术路线图

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          A[研究起始] --> B[文献回顾与假设提出]
          B --> C[实验设计与方法学准备]
          C --> D[A型流感病毒感染模型建立]
          D --> E[TRIM2与病毒RNA相互作用分析]
          E --> F[TRIM2对IFN-β启动子活性的影响]
          F --> G[IFN-β表达水平测定]
          G --> H[TRIM2功能丧失与获得研究]
          H --> I[数据收集与分析]
          I --> J[结果解释与科学验证]
          J --> K[研究结论与未来方向]
          K --> L[研究结束]
      
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