甘草作為一類非常重要的多年生草本植物，其根部具有清熱解毒、止咳祛痰、補(bǔ)脾益氣、抗病毒消炎的功效，適用范圍廣，在我國(guó)悠久的中藥文化里占據(jù)重要地位，被譽(yù)為“國(guó)老”和“神龍草”，在中藥配方中有“十方九草”的地位，是緩急止痛、調(diào)和諸藥和解毒的良藥。
五環(huán)三萜類化合物是甘草根中的重要天然產(chǎn)物，甘草酸（Glycyrrhizin, GL）是其中含量最高、應(yīng)用最廣的成分，在甘草根部含量一般在 2-8%之間，是甘草發(fā)揮藥效的主要成分，也是甘草甜味的來源，是蔗糖甜度的200倍左右。3-O-單葡萄糖醛酸基甘草次酸（Glycyrrhetic Acid 3-O-mono-β-D-glucuronide, GAMG）是甘草酸水解末端的葡萄糖醛酸后其疏水與親水均為適中的、生物利用度更高的甘草三萜衍生物，生理功效與甘草酸相當(dāng)，但甜度是蔗糖的近千倍，是甘草根部的稀有甘草三萜化合物。
當(dāng)前，甘草中三萜化合物主要通過甘草根組織的化學(xué)提取制備，整個(gè)過程需要消耗大量的酸、堿和水資源，造成環(huán)境污染，更嚴(yán)重的是挖根提酸造成的植被和生態(tài)破壞，采挖野生甘草已被政府和法規(guī)嚴(yán)格管控。盡管采用人工種植甘草，但其生長(zhǎng)周期長(zhǎng)、占用大量耕地，也是一種不可持續(xù)的獲取方式。導(dǎo)致現(xiàn)有資源遠(yuǎn)不能滿足化工、醫(yī)藥和食品等領(lǐng)域的發(fā)展需求。
近日，清華大學(xué)/北理工李春課題組在 Synthetic and Systems Biotechnology 發(fā)表文章利用釀酒酵母實(shí)現(xiàn)了甘草酸和GAMG的全合成。
該工作是李春課題組前期在釀酒酵母中突破了甘草酸和GAMG的中重要前體β-香樹脂醇和甘草次酸的全合成之后（AIChE Journal, 2015, 61(10): 3172-3179；Chemical Engineering Science, 2016, 152: 370-380; Metabolic Engineering, 2018, 45: 43-50；Journal of Agricultural and Food Chemistry, 2019, 67(13): 3723-3732；Synthetic and Systems Biotechnology, 2019, 4(2): 79-85；ACS Catalysis, 2020, 10(7): 4253-4260），通過挖掘、表征和引入來自哺乳動(dòng)物的糖基轉(zhuǎn)移酶和UDP-葡萄糖脫氫酶，首次實(shí)現(xiàn)了酵母細(xì)胞工廠全合成甘草酸和GAMG，產(chǎn)量分別為5.98mg/L 和 2.31 mg/L，為解決甘草及其它稀缺天然產(chǎn)物獲取過程中存在的資源短缺等問題提供新思路。
IMAGE: Biosynthesis pathway of Glycyrrhizin (GL) and Glycyrrhetic Acid 3-O-mono-β-D-glucuronide (GAMG) in S. cerevisiae 文章信息 O-glycosyltransferases from Homo sapienscontributes to the biosynthesis of Glycyrrhetic Acid 3-O-mono-β-D-glucuronide and Glycyrrhizin in Saccharomyces cerevisiae Synthetic and Systems Biotechnology Volume 6, Issue 3, 2021, Pages 173-179
