基因表达高效合成色醇机理

简介

色醇，亦称吲哚‑3‑乙醇，是肠道微生物的色氨酸代谢产物。色醇和色醇类似物是合成几个重要的药用活性分子的常见中间体，包括以色胺为基础的药物，例如曲普坦家族的抗偏头痛药物的某些成员(舒马曲坦、利扎曲坦和佐米曲坦)，2α-1选择性肾上腺素受体拮抗剂吲哚，或基于吡喃吲哚结构的化合物，如依托度酸。依托度酸是以色醇为主要中间体合成的一种有效的抗炎镇痛化合物。同时，色醇也是合成抗肾上腺素能药物吲哚胺的关键中间体。

背景技术

目前，工业上色醇的生产全部是化学合成方法是连续流合成工艺。以盐酸苯肼(phenyl hydrazine hydrochloride，PHH)和2,3-二氢呋喃(2,3-dihydrofuran，DHF)为原料，采用Fischer吲哚合成路线，在管式反应器中实现了不同温度、不同流速下IET的连续流合成。通过其他方式进行过改进，比如，通过微波进行反应过程的控制，但是反应副产物辛诺啉衍生物和多吲哚等仍然无法解决，这无疑会使成本增加。

色醇的价格高达22000美元/kg，而且是一种具有广泛应用前景的化合物，作为重要的医药和化工合成的中间体，它的需求量只增不减，拥有广阔的市场前景。但是目前的合成方法存在2个明显的缺点，一是化学合成并不绿色环保，可能对环境和生物造成不可逆的损害；另一个是化学合成过程中的副产物过多，这样会使后期分离得到的产物纯度并不高，而且纯化过程将提高成本。使用酿酒酵母细胞工厂来生产色醇不仅绿色环保，而且由于酿酒酵母易于培养、生长迅速等特点，可以使生产的成本大大降低，还得益于酿酒酵母基因的可改造性，可以使用其生产的色醇直接在细胞内合成更多更有价值的化合物。色氨酸合成途径本来就存在于酿酒酵母中，可以通过探索相关的基因来增强色氨酸到色醇的生物转化。

发酵合成原理

色醇被发现是因为它是酿酒生产的副产物，因此，色醇的生物发生途径就存在于酿酒酵母中，这便给了色醇生物合成的可能。而且酵母中的色醇来自Ehrlich途径。几种氨基酸(支链氨基酸和芳香族氨基酸以及蛋氨酸)可以通过Ehrlich途径被同化并转化为高级杂醇。该路径包括3个反应：(1)氨基酸的转氨作用，Aro8p和Aro9p最初分别被表征为芳香族氨基酸氨基转移酶I和Ⅱ，它们在Ehrlich途径中充当广泛底物特异性的氨基酸转氨酶，负责几乎所有相关氨基酸涉及的转氨基作用，并形成对应的a-酮酸；(2)在前一个反应中形成的a-酮酸的脱羧作用，这个不可逆的步骤归因于酵母体内的丙酮酸脱羧酶，这一步骤之后使对应的a-酮酸转变为对应的杂醛；(3)Ehrlich途径的最后一步会产生分支，使产生的杂醛还原成酸或者氧化为醇，可制得色醇。

参考文献

[1]孙井震,何玙冰,杨卫华,等. 酿酒酵母过表达Ehrlich途径基因高效合成色醇[J]. 食品与发酵工业,2022,48(24):16-23. DOI:10.13995/j.cnki.11-1802/ts.031377.