4-羟基香豆素的生物合成

背景

血栓栓塞性疾病，包括静脉血栓栓塞和动脉血栓，在全世界具有高发病率和死亡率。4-羟基香豆素 (4HC) 类口服抗凝剂通常用于治疗血栓栓塞性疾病。在过去的几十年里，开发了石油衍生的化学品，如苯酚、乙酰水杨酸为起始材料来化学合成 4HC，然而，石油枯竭和环境问题的日益凸显，开发利用可再生资源的生物过程是非常重要的。

在对产品天然生物合成机制的透彻了解的基础上合成了例如青蒿酸、紫杉二烯、萜类化合物、黄酮类化合物等。然而，在这些方面缺乏知识阻碍了药学上重要的4-羟基香豆素生物合成的重建。Yajun Yang 等人^[1]提出了一种新型生物合成机制的设计和构成，该机制提供了大肠杆菌4HC的从头生物合成。值得注意的是，通过基于功能的生物勘探鉴定了来自铜绿假单胞菌的 FabH 型喹诺酮合酶，从而消除了生物合成机制的瓶颈。通过代谢工程的初步优化证明了其放大潜力，导致4-羟基香豆素的有效生物合成和华法林的原位半合成。

进展

为了确定限速步骤，作者设计并进行了体外互补实验，将过量的纯化SdgA和/或BIS3补充到表达完整途径的大肠杆菌细胞的粗提取物中。在不添加酶的情况下，在所需辅因子存在的情况下，粗提取物只能以极低的速率(0.18 mg l - 1 h - 1)将水杨酸盐转化为4-羟基香豆素；而纯化的SdgA和BIS3的存在显著提高了速率(8.82 mg l⁻¹ h⁻¹)，表明纯化的酶在该检测系统(阳性对照)中功能良好。在粗提物中单独添加纯化的SdgA时，转化率没有明显提高(0.24 mg l⁻¹ h⁻¹)。值得注意的是，当单独添加纯化的BIS3时，4-羟基香豆素的形成恢复到与阳性对照相当的速率(7.83 mg l^-1 h^-1)，这表明BIS3是该生成途径的主要瓶颈。随后作者用下部模块中的PqsD编码序列替换了BIS3基因，生成了质粒 pZE-PqsD-SdgA(pZE-PS)。携带PZE-PS的大肠杆菌菌株完全转化水杨酸，最后转化成4-羟基香豆素。

参考文献

[1] Microbial biosynthesis of the anticoagulant precursor 4-hydroxycoumarin.
doi: https://doi.org/10.1038/ncomms3603