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前沿 | 多酶一鍋法，解鎖植物苯乙醇苷組合生物合成新路徑
植物天然產(chǎn)物在藥物研發(fā)中扮演著重要角色，其結(jié)構(gòu)多樣性和豐富的生物活性為藥物發(fā)現(xiàn)提供了廣闊的化學(xué)空間。苯乙醇苷作為一類重要的藥源分子，具有抗炎、抗菌、抗氧化等多種生物活性，但其來源有限，限制了其應(yīng)用。為解決這一問題，北京大學(xué)天然藥物及仿生藥物國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室葉敏/喬雪研究團(tuán)隊(duì)，利用安捷倫 ACT-UR 項(xiàng)目資助，并使用安捷倫儀器平臺進(jìn)行相關(guān)測試，成功揭示了植物苯乙醇苷的組合生物合成新路徑，為苯乙醇苷類化合物的生物制造和藥理活性研究帶來了突破性進(jìn)展。
研究背景
來自植物的天然產(chǎn)物具有骨架特異、后修飾多樣的特征，為其發(fā)揮各類活性提供了化學(xué)空間。在植物中，結(jié)構(gòu)多樣性由生物合成酶在骨架上連接不同的砌塊而形成。苯乙醇苷是重要的藥源分子，也是典型的“砌塊組裝”式天然產(chǎn)物，具有豐富的結(jié)構(gòu)多樣性，組合生物合成成為解決其來源問題的理想方法。
研究亮點(diǎn)
挖掘關(guān)鍵酶
研究團(tuán)隊(duì)從中藥連翹和大葉紫珠中成功挖掘出苯乙醇苷生物合成的關(guān)鍵酶，包括 4 個功能新穎的苯乙醇苷 6’-O- 糖基轉(zhuǎn)移酶和 3 個底物譜廣泛的多酚氧化酶。
酶工程改造
通過定點(diǎn)突變技術(shù)，研究團(tuán)隊(duì)成功改造了苯乙醇苷糖基轉(zhuǎn)移酶的糖供體選擇性，獲得了高效專一的催化元件。
多酶一鍋法
研究團(tuán)隊(duì)成功建立了多酶一鍋法級聯(lián)反應(yīng)體系，通過投入不同酶和砌塊，實(shí)現(xiàn) 26 個苯乙醇苷的組合合成，轉(zhuǎn)化率 5-100%，理論產(chǎn)率 1.0-63.3 μg/mL，并可生成 20 種微量苯乙醇苷。
活性篩選
研究發(fā)現(xiàn)，糖基化和羥基化可以明顯提升苯乙醇苷的保肝活性，為苯乙醇苷類化合物的藥理活性研究提供了新的思路。
結(jié)論
該研究體現(xiàn)了組合合成在重現(xiàn)和創(chuàng)造天然產(chǎn)物結(jié)構(gòu)多樣性方面的潛力，為苯乙醇苷類化合物的生物制造和藥理活性深入研究奠定了良好基礎(chǔ)。安捷倫公司將繼續(xù)支持科學(xué)研究和創(chuàng)新，為推動生命科學(xué)和醫(yī)療健康領(lǐng)域的發(fā)展貢獻(xiàn)力量。
研究團(tuán)隊(duì)
北京大學(xué)藥學(xué)院研究員，博雅青年學(xué)者，博士生導(dǎo)師。2012 年畢業(yè)于北京大學(xué)藥學(xué)院，獲博士學(xué)位，后留校任教，2016-2018 年在英國 John Innes Centre 做訪問學(xué)者。主要研究領(lǐng)域?yàn)橹兴幩幮С煞旨捌渖锖铣?，對黃芪皂苷生物合成途徑開展了系列研究。在 PNAS、J Am Chem Soc、Angew Chem Int Ed 等期刊發(fā)表 SCI 論文 90 余篇，獲批專利 10 余項(xiàng)。入選國家基金委優(yōu)青、北京市杰青、中國科協(xié)青年人才托舉工程等人才計(jì)劃。
北京大學(xué)藥學(xué)院教授，博士生導(dǎo)師。入選國家自然科學(xué)基金委杰出青年基金、優(yōu)秀青年基金、教育部新世紀(jì)優(yōu)秀人才、北京市科技新星等人才計(jì)劃。主要研究領(lǐng)域?yàn)橹兴幩幮镔|(zhì)、天然產(chǎn)物生物合成與生物催化，關(guān)注甘草等常用中藥及其活性成分的研究。發(fā)表高水平論文 200 余篇，被引用 5000 余次，獲批專利 10 項(xiàng)。目前擔(dān)任 J. Ethnopharmacol.、J. Pharm. Biomed. Anal. 等雜志的副主編或編委，兼任國家藥典委員。
參考文獻(xiàn)：
1.Yao M, Wang H, Wang Z, et al. Construct Phenylethanoid Glycosides Harnessing Biosynthetic Networks, Protein Engineering and One‐Pot Multienzyme Cascades[J]. Angewandte Chemie, 2024: e202402546.