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萜类化合物在酿酒酵母中的合成生物学研究进展

2020-12-21李佳秀蔡倩茹吴杰群

生物技术通报 2020年12期
关键词:生物学途径

李佳秀 蔡倩茹 吴杰群

(浙江工业大学绿色制药协同创新中心,杭州 310014)

萜类化合物(Terpenoids)是自然界中普遍存在的最大类的天然产物,目前已鉴定得到的种类超过55 000多个,占所有天然化合物的60%[1]。萜类化合物多样性丰富,具有广泛的生物学功能,作为代谢产物在细胞层面影响其组成和能量供应,作为激素等媒介因子影响生物体之间的拮抗和互生共生关系[2]。萜类化合物可以保护多种植物、动物和微生物免受捕食者、病原体和竞争者的攻击,并参与生物种群中关于食物、配偶和敌人的信息传达[3]。在过去几十年中,由于其多样的生物活性和极高的生物利用价值,萜类化合物已被广泛用于医药和工业应用领域,市场需求巨大[4-5]。

目前,萜类化合物有以下3种生产方式:传统提取法、化学合成法以及微生物合成法。由于大多数产业应用规模化的萜类化合物为次级代谢产物,含量较低且分离过程复杂,从天然原料中提取的萜类化合物的产量难以满足市场需求,且会消耗大量生物资源,对生态环境造成不可逆的影响[6]。例如,人参干燥根中人参皂苷的含量仅为其干重的0.01%[7]。提取1 kg的紫杉醇需要砍伐数千株成熟红豆杉,为提供一个癌症病人所需的治疗剂量需要牺牲2-4株成年树[8]。同时,由于萜类化合物本身结构复杂,通过化学方法全合成复杂萜类化合物的路线繁琐,反应条件、原料较为苛刻,得率极低,同样不能满足工业生产需要。例如,紫杉醇的全合成需要35-51个步骤,最高产率仅0.4%[9]。……

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