L-色氨酸一步生物合成褪黑素技术获突破

（来源：中国食品报   2024-2-22）

　 上海农业科学院生物技术研究所研究团队近日宣布，团队通过改进工程微生物细胞工厂，实现了以L-色氨酸为底物一步法生物合成褪黑素，且无需使用有毒溶剂。

　　褪黑素具有促进人类健康的生物活性，例如抗氧化和促进睡眠。据统计，2019年，全球合成褪黑素产量约为4000吨。褪黑激素存在于多种生物体中，但含量低且提取成本高。生物合成褪黑激素的方法具有巨大市场潜力。然而，由于褪黑激素合成基因的低表达或不溶性表达，在微生物中异位生产褪黑激素非常困难。

　　迄今为止，生产褪黑激素的成功尝试并不多。为了在大肠杆菌中成功合成褪黑激素，需要褪黑激素生物合成途径的多个基因的协调表达。上述研究团队根据人类松果体中褪黑激素的合成途径，选择了大肠杆菌中具有高活性的突变基因和其他三个人类来源的基因，对所有四个基因的密码子和mRNA结构进行了优化，以提高转录稳定性和翻译效率。然后采用多单顺反子载体构建技术，将每个插入的基因与T7启动子和终止子连接，以消除启动子与基因序列距离过长造成的表达水平减弱，实现所有基因的协调表达，构建多单顺反子载体。随后将重组质粒转入大肠杆菌，获得工程菌株。

　　在这项研究中，通过表达由不同来源的四个基因组成的褪黑激素合成途径，实现了从L-色氨酸生产褪黑激素。工程菌株无需培养物优化即可产生褪黑激素。尽管该菌株的褪黑激素产量尚无法与化学合成方法竞争，但它只需要相对便宜的底物L-色氨酸通过简单的一步发酵即可生成褪黑激素。此外，该菌株还可以通过代谢工程进一步修饰，提高L-色氨酸利用率和褪黑激素产量。