電池工廠首次生產的鰻草酸和白藜蘆醇

丹麥技術大學(DTU)諾和諾德基金會生物可持續(xù)性研究中心的科學家利用自然界中通過酶添加硫酸根基團的方法，首次展示了如何在微生物宿主(細胞工廠)中生產多種硫酸鹽酚類化合物。這項開創(chuàng)性的研究發(fā)表在《自然通訊》上，能夠通過發(fā)酵大規(guī)模生產硫酸化酚類化合物。

“由于硫酸鹽可用于防污劑和藥物等多種產品，因此前景廣闊。這項工作可能意味著將來更便宜，更好的藥物以及具有新特性的生物化學和聚合物，”通訊作者，來自諾和諾德基金會生物可持續(xù)性研究中心的Alex Toftgaard Nielsen教授。他還是Cysbio的CSO，該公司致力于將硫酸鹽分子等產品商業(yè)化。

酚類化合物是芳香族分子，可用于醫(yī)藥，營養(yǎng)保健品和其他抗氧化劑以及化妝品和聚合物行業(yè)。將硫酸鹽殘基添加到酚類化合物中可以增加分子的酸度和溶解度，并降低其毒性。

作為細胞工廠中硫酸化過程概念的證明，研究人員希望生產帶氫磷酸。這種酸在海洋植物鰻草中發(fā)現(xiàn)，是一種強大的防污劑。用于船舶涂料中，它可能會抑制藻類在船體上的生長。此外，它還用于消毒劑中，可以防止細菌附著在表面(生物膜)上，例如在醫(yī)院。

如今，可以從植物材料中提取帶氫唑酸，但效價低，成本高。左旋酸也可以化學合成，但這需要苛刻的化學條件并產生大量化學廢物。因此，生物學過程是優(yōu)選的。

研究人員必須對細胞工廠內的幾個基因進行重新設計和重新連接，以優(yōu)化硫酸化過程。通過提高硫酸鹽的吸收和優(yōu)化細胞中硫酸鹽供體酶的利用率都可以做到這一點。

結果是在所謂的分批補料發(fā)酵中每升最多可產生5克帶菌酸。該產量令人印象深刻，因為自然界通常僅產生非常少量的帶氫唑酸，并且由于化學合成極其困難且昂貴。

從生物學上講，左旋酸是由一種酶(磺基轉移酶)產生的，該酶將硫酸鹽側基轉移到特定的結構分子上。因此，研究人員從人類，果蠅，鰻草，大鼠，雞，兔子，狗，蠕蟲，斑馬魚和豬中分離出了磺基轉移酶，從而找到了最有效的一種。獲勝的酶實際上是從大鼠肝臟中分離出來的，并且在微生物生產宿主中表現(xiàn)出色。

使用這種方法，研究人員還發(fā)現(xiàn)了磺基轉移酶可以使紅酒中強大的抗氧化劑白藜蘆醇硫酸化。如今，由于其在葡萄中的含量非常低，繁瑣的純化過程以及對苛刻化學品的需求，從植物中提取白藜蘆醇變得困難，費時且不可持續(xù)。

在葡萄中，白藜蘆醇以無活性的非硫酸鹽形式存在。白藜蘆醇進入人體后，會被肝臟硫酸化而變得活躍，從而賦予該分子抗氧化性能。因此，能夠在細胞工廠中生產大量硫酸化的白藜蘆醇打開了生產更具活性和生物利用度的抗氧化劑的大門，該工藝也可用于改變藥物的特性。

此外，研究人員表明，某些磺基轉移酶也能夠硫酸化香草酸。這也是一種可以在微生物細胞工廠中生產并具有市場潛力的產品。

“從科學的角度來看，能夠在微生物細胞工廠中生產硫酸化的酚類化合物是很了不起的，但是它也可能對社會產生影響，因為這些分子在生物化學，營養(yǎng)保健品甚至藥物中都有應用。”該研究是新成立的公司Cysbio的硫酸化技術研發(fā)總監(jiān)Christian Bille Jendresen，該公司從DTU的諾和諾德基金會生物可持續(xù)發(fā)展中心中分離出來。

他說：“我們可以創(chuàng)造出各種有趣的化學物質，這些化學物質將以不同的方式進入市場。”

因此，這項開創(chuàng)性的工作使新型硫酸鹽生化試劑的生產成為可能，這將有可能在許多生物技術應用中得到應用。