青蒿酸的生物合成

背景

青蒿素是一种治疗疟疾的药物，是从中药青蒿中提取的有过氧基团的倍半萜内酯药物，具有高效、速效、清热解暑、退虚热、杀原虫、低毒等特点，而青蒿酸是青蒿素生物转化以及合成的前体。

1989年，Nancy Acton等人发现，在低温和光照下，二氢青蒿酸可以被两当量的氧气直接氧化成青蒿素，产率17%-32%。后续研究表明在反应中，二氢青蒿酸先与一分子单线态氧发生烯反应，生成过氧化物。再与另一分子三线态氧反应，开环生成α-过氧羟基醛（A），最后脱水产生青蒿素。不久这一反应就被用于改进青蒿素的全合成路线。化学合成青蒿素工艺繁杂，步骤多，成本高，易污染，尤其引入过氧基团的光氧化或化学氧化的产率不理想，导致化学全合成工艺一直无法用于青蒿素的商业化生产。

生物合成青蒿酸

2006年，美国加州大学的Keasling小组将ADS 基因连同新克隆的细胞色素P450 单氧化酶基因（CYP71AV1）及其还原酶基因（CPR）同时导入酿酒酵母中表达，培育出世界上第一株生产青蒿酸的酵母工程菌。加拿大植物生物技术研究所的Covello小组于2008 年从黄花蒿中分离到双键还原酶基因（DBR2），并将该基因连同ADS、CYP71AV1、CPR 基因一起导入酿酒酵母，率先培育出能合成双氢青蒿酸的酵母工程菌。

2013年，美国Keasling小组和加拿大Covello小组的两国科学家发表了研究文章，报道了将酵母工程菌中青蒿素前体青蒿酸的发酵产量从1.6克/升提高到25克/升，并利用单线态氧成功地将青蒿酸转化成青蒿素。