科技日报记者 赵汉斌
灯盏乙素是云南“十大云药”之一灯盏花的核心药效成分。近期，云南农业大学杨生超教授团队和中科院天津工业生物技术研究所江会锋研究员团队合作，尝试在解脂耶氏酵母中生产灯盏花乙素，并解决前期研究中存在的灯盏甲素产量高于灯盏乙素的关键科学问题，并通过模块化优化、组合筛选不同物种基因、代谢工程改造以及发酵优化，提升灯盏乙素产量。
灯盏乙素合成模块优化 图片来源：云南农业大学
“以灯盏乙素为主要成分生产的注射用灯盏花素、灯盏细辛注射液等重要中成药产品，在治疗缺血性脑血管疾病脑栓塞和脑溢血等方面疗效显著。”杨生超教授介绍，此前，两个团队合作，在酿酒酵母底盘细胞中成功构建了灯盏乙素全合成的细胞工厂，首次实现了灯盏乙素的全合成，灯盏乙素含量达每升108毫克，初步具备了工业化生产的潜在能力。相关研究成果发表在2018年的《自然·通讯》。
此次研究发现，灯盏甲素产量高于灯盏乙素，是因为葡萄糖醛酸转移酶与P450酶F6H竞争底物芹菜素，项目组通过筛选高催化效率的F6H，提高灯盏乙素的产量以及比例。而来自黄芩的工程菌株在产量和比例方面都呈现出最好的催化活性，可在促进灯盏乙素产量提高的同时，大幅降低灯盏甲素的比例。
为进一步提高灯盏乙素产量，研究团队增加了这种工程菌株中关键酶的拷贝数，并发现增加下游基因拷贝数，对引导碳通量向灯盏乙素的合成至关重要。他们通过在1.3升发酵罐中补料并分批发酵优化，发现细胞干重最终在118小时达到每升66.8克，灯盏乙素的产量在118小时达到每升346毫克，是酿酒酵母中报道的3.2倍，并使灯盏乙素的比例从36.9%提升到80%以上。
此次研究构建的解脂耶氏酵母生产灯盏乙素底盘细胞及所采用的研究策略，对其他天然产物合成底盘细胞的构建具有重要借鉴意义，相关成果发表在《合成和系统生物技术》期刊上。
