Nature Communications | 利用微生物从头合成异黄酮！

异黄酮构成了一个多样化的天然产物家族，主要由豆科植物合成。除了发挥重要的生态功能，异黄酮还表现出多种促进人类健康的特性，例如抗氧化活性、心脏保护活性、减少骨质疏松症和预防癌症。目前异黄酮的生产依赖于直接植物提取。然而，低植物化学物质丰度、大量的时间、能源和资本投资，以及对潜在有毒溶剂的巨大需求，使这种方法无法使用，因为它既不经济也不环保。此外，豆类的种植地理分布不均，异黄酮含量因品种和气候条件而异。所有这些因素都会在通过植物提取的方式供应这些化学品时带来进一步的风险和不稳定性。因此，在能够使用标准化工业流程大规模生产这些化学品之前，开发异黄酮的替代来源是一个需要解决的突出挑战。

2021年10月19日，国际权威学术期刊Nature Communications发表了瑞典查尔姆斯理工大学Jens Nielsen教授团队的最新相关研究成果，题为De novo biosynthesis of bioactive isoflavonoids by engineered yeast cell factories的研究论文。

异黄酮是一类具有重要营养、医药和农业意义的植物天然产物。然而，它们在自然界中的低丰度和结构复杂性阻碍了通过传统的基于作物的制造或化学合成获得这些植物化学物质。因此，微生物生物合成代表了一种有吸引力的替代方案。本研究设计了酿酒酵母的代谢，使其成为有效生产黄豆苷元（异黄酮生物合成的核心化学支架）的平台，并展示其在筛选-重建-应用工程框架下从葡萄糖生产生物活性糖苷的应用。首先，在酵母中重建黄豆苷元生物合成，然后通过筛选生物合成酶、确定限速步骤、实施动态控制、工程底物运输和微调竞争代谢过程，将其产量提高94倍。优化后的菌株可产生高达85.4 mg L^-1的黄豆苷元，在该菌株中引入植物糖基转移酶可产生生物活性葛根素 (72.8 mg L^-1)和黄豆苷元 (73.2 mg L^-1)。该研究作为开发用于增值异黄酮从头生物合成的合成酵母细胞工厂迈出了有希望的一步，并且多阶段框架可以扩展到其他微生物宿主中复杂天然产物的工程途径。

图 1：工程化酵母中异黄酮化学物质的从头生物合成

图 2：构建和验证DEIN的生物合成途径

图 3：为高效DEIN生产定制Ge2-HIS的氧化还原伙伴

图 4：影响DEIN生物合成的代谢因素调查

图 5：底物运输的基因扩增和工程改进了DEIN的生产

图 6：组合优化以增加DEIN的产量

图 7：DEIN衍生糖苷的生产

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