Metabolic Engineering|陈坚院士团队周景文教授课题组研究成果：协同调控咖啡酸和丹参素途径实现迷迭香酸在大肠杆菌中的高效合成

近期，Metabolic Engineering在线发表了江南大学未来食品科学中心陈坚院士团队周景文教授课题组的研究成果“Coordinating caffeic acid and salvianic acid A pathways for efficient production of rosmarinic acid inEscherichia coli”(Metabolic Engineering, 2023. 76: 29-38)。江南大学2019级博士王炼为论文第一作者，周景文教授为论文通讯作者。

迷迭香酸(Rosmarinic acid)是一种天然存在的苯丙素类化合物，在迷迭香中首次被发现。从结构上讲，迷迭香酸是由一分子咖啡酸和一分子丹参素缩合而成的酯。迷迭香酸在保健品和医药行业表现出巨大的潜力。和大多数酚酸类化合物一样，迷迭香酸表现出优良的抗氧化活性。此外，迷迭香酸还被认为是丹参中重要的化合物丹酚酸B的前体物，催化过程被推测由漆酶负责。目前，迷迭香酸的主要生产方式为植物提取，但是生产过程受到植物的种植和组织中含量低的影响。在较早的研究中，很多研究者采用了植物细胞的悬浮培养技术来生产迷迭香酸，但是生产周期较长，生产规模难以扩大。化学合成迷迭香酸涉及的步骤较多，试剂昂贵，区域选择性和立体选择性较差，使得该方法不适合迷迭香酸的大规模生产。因此，利用微生物细胞工厂合成迷迭香酸或者其他芳香族氨基酸衍生物受到了很多关注。目前已有迷迭香酸生物合成的报道，但是其产量仍然受到生物合成途径组装不当，L-DOPA向咖啡酸的转化率不足，咖啡酸和丹参素途径均需要HpaBC和咖啡酰辅酶A被降解等问题。如何利用生物法合成迷迭香酸并且获得较高的产量是目前亟需解决的问题。

针对此问题，江南大学食品合成生物学与生物制造团队研究人员利用大肠杆菌合成迷迭香酸。首先，在大肠杆菌中基于咖啡酸合成模块构建了迷迭香酸的从头合成途径。其次，敲除前体物酪氨酸合成的竞争途径，迷迭香酸的产量显著提高，结构类似物的产量降低。然后，过表达皮状丝孢酵母来源的酪氨酸解氨酶TcTAL可以提高中间产物L-DOPA向咖啡酸的转化率；L-氨基酸脱氨酶LAAD的引入使得L-DOPA在咖啡酸和丹参素合成途径中实现了再分配。而且，辅因子FADH₂/FAD的比例通过脱氨酶和HpaBC维持稳定。敲除编码内源的硫酯酶基因menI，咖啡酰辅酶A的稳定性提高。最后，在5 L发酵罐上，迷迭香酸产量的达到5780.6 mg/L。这是目前报道的微生物合成迷迭香酸的最高产量，为微生物合成其他咖啡酸和迷迭香酸衍生物提供了重要的参考。上述研究工作得到了国家自然科学基金创新研究群体项目(32021005)的资助。

图1 利用葡萄糖和甘油的迷迭香酸的生物合成

图2 菌株RA15在5 L发酵罐中从头合成迷迭香酸

（编辑：潘梦妍）