Metab Eng | 蜂王浆的“灵魂”成分：实现以葡萄糖为主要碳源的10-HDA的高效生物合成

BioArtMED · 公众号 · · 2025-02-05 14:30

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蜂王浆，被誉为“液体中的软黄金”，是工蜂分泌的一种特别物质，也是蜂王赖以成长和繁衍的重要食物。蜂王浆之所以如此特别，与其丰富而复杂的成分密不可分。其中，最独特、最珍贵的物质便是 10-羟基-2-癸烯酸（10-HDA） ，也被称为 王浆酸 。这种物质仅存在于蜂王浆中，是判断蜂王浆质量的重要指标之一。研究发现，王浆酸具有显著的抗氧化、抗衰老活性，并展现出潜在的医疗应用价值，在医药和美妆领域备受关注。

然而，传统的王浆酸生产方式主要依赖天然提取和化学合成，面临资源有限、提取效率低以及环境污染等挑战。同时，已有的生物合成策略多需依赖外源前体添加，难以满足高效、可持续生产的需求。因此，开发以葡萄糖为主要碳源的高效生物合成方法，不仅能够突破传统工艺的限制，降低生产成本，还为10-HDA的规模化生产和广泛应用提供了全新的技术方向和实践可能。

近日，中国科学院深圳先进技术研究院合成生物学研究所 罗小舟 研究员团队在 Metabolic Engineering 上发表了文章 Biosynthesis of 10-Hydroxy-2-Decenoic Acid in Escherichia coli 。他们 通过代谢工程，首次成功在大肠杆菌中以葡萄糖为主要碳源合成王浆酸，为王浆酸的规模化、可持续生产开辟了新路径 。

研究从天然存在的脂肪酸生物合成途径出发，以反式-2-癸烯酰-ACP为关键前体，通过硫酯酶催化生成反式-2-癸烯酸，再经过P450酶一步氧化生成10-HDA。

图1. 10-HDA生物合成途径示意图

首先，作者从不同物种中挖掘出具有高效催化反式-2-癸烯酰-ACP能力的硫酯酶UaFatB1，并通过基因编辑敲除大肠杆菌中的 fadD 、 fadB 和 sodA 基因，阻断反式-2-癸烯酰-ACP的溢流途径，显著提升了反式-2-癸烯酸的合成效率。

其次，作者从细菌中筛选到高效催化反式-2-癸烯酸的P450氧化酶-CYP153AMaq。并通过还原伴侣蛋白的筛选与优化，确定了最适组合CYP153AMaq/FdR0978/Fdx0338，提高了CYP153AMaq的催化活性。

最后，作者对CYP153AMaq进行了定向进化，获得最优突变组合Q129R/V141L，进一步提高CYP153AMaq的催化效率，最终显著提升了10-HDA从头合成的产量。在优化后的发酵条件下，研究构建的工程菌株在蛋白诱导表达后24小时内即可实现产量稳定，并在发酵60小时达到最高产量18.8 mg/L，具有巨大的应用潜力。

王浆酸10-HDA作为仅存于蜂王浆中的一种生物活性化合物，已经被证明具有多项显著功效：它能有效抑制肿瘤细胞的生长，具有出色的抗炎活性及抗菌效能，同时在治疗多囊卵巢综合症、脂肪肝、关节炎和自闭症谱系障碍等疾病方面也表现出积极的疗效，且未报告有任何副作用，其未来应用前景将更加广阔。本文建立了基于原生脂肪酸合成途径（Fatty acid biosynthesis, FAB）的完整合成路径。鉴于FAB途径广泛存在于所有生物体中，本研究也为将这一代谢途径整合到其他可工程化微生物体系提供了一个通用的平台。

中国科学院深圳先进技术研究院合成生物学研究所研究员罗小舟为本文的通讯作者，课题组助理研究员何丹、中国科学院大学/中国科学院深圳先进院技术研究院硕士研究生陈燕为该论文的共同第一作者。

原文链接：https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S1096717625000060

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