近期，江南大學生物工程學院康振教授團隊在硫酸軟骨素合成方面取得重要進展，研究成果“Biosynthesis of non-animal chondroitin sulfate from methanol using genetically engineeredPichia pastoris”以內(nèi)封面文章形式發(fā)表于Green Chemistry（IF = 10.182）（https://doi.org/10.1039/D1GC00260K），并被評為亮點文章。

 

　　硫酸軟骨素（Chondroitin sulfate, CS）是一種廣泛分布在軟骨組織中的線性糖胺聚糖，由葡萄糖醛酸（GlcA）和N-乙酰半乳糖胺（GalNAc）通過β（1→3）和β（1→4）糖苷鍵交替連接并經(jīng)過一定磺酸化修飾而成。CS廣泛應用于臨床、醫(yī)療和營養(yǎng)保健等領域。然而，當前所有商業(yè)化的CS都是來自動物組織提取，這種生產(chǎn)模式存在許多問題，例如動物飼養(yǎng)周長、抗生素的使用、動物排泄物的污染、使用高溫及酸堿提取以及產(chǎn)品存在潛在的致病因子等。

 

　　為了有效解決上述問題，康振教授團隊開發(fā)了一條有前景的綠色路線，通過工程化的畢赤酵母，利用廉價的甲醇實現(xiàn)CS的從頭合成。首先，通過代謝工程手段，將三個外源基因引入畢赤酵母，實現(xiàn)了軟骨素（硫酸軟骨素的前體）的合成，產(chǎn)量為5.5 mg/L。進一步通過密碼子及基因組合優(yōu)化，軟骨素的產(chǎn)量提高了約35倍，達到189.8 mg/L。然后對6種Kozak序列和10種不同的內(nèi)源啟動子進行比較和分析，實現(xiàn)了軟骨素-4-O-磺基轉(zhuǎn)移酶在胞內(nèi)的活性表達（41.3 U/L）。整合軟骨素合成模塊和磺酸化模塊后，成功實現(xiàn)了硫酸軟骨素的從頭合成，產(chǎn)量為182.0 mg/L，磺酸化度為1.1%。進一步強化3'-磷酸腺苷-5'-磷酸硫酸（PAPS）合成途徑，硫酸軟骨素磺酸化度提高到2.8%。在3-L發(fā)酵罐分批補料培養(yǎng)中，CS最高產(chǎn)量達到2.1 g/L，硫酸化度達到4.0%。本研究為畢赤酵母細胞工廠代謝合成其他磺酸化產(chǎn)物奠定了基礎。

 

　　康振教授和李江華教授為論文通訊作者，2017級博士生金學榮和2018級博士生張維嬌為論文共同第一作者。上述研究得到了江蘇省杰出青年科學基金（BK20200025）、國家自然科學基金（32000058、31970085）、國家重點研發(fā)計劃（2018YFA0901400）、關鍵技術資助江蘇省研發(fā)計劃（BE2019630），國家輕工技術與工程一流學科（LITE2018-16）的資助。