实现啤酒花活性成分黄腐醇高效生物合成

【黄河啤酒官方网站】中国科学院大连化学物理研究所研究员周雍进团队以酿酒酵母为宿主,通过强化和平衡生物合成途径、提高限速步骤异戊烯基化的转换效率,实现了黄腐醇(又名黄腐酚)异源生物合成。相关研究成果近日发表于《自然-通讯》。

黄腐醇是一种异戊烯基化的黄酮类化合物,来源于啤酒花,在工业上主要应用于啤酒酿造。该化合物不仅能改善啤酒风味,还具有多种生物活性,如预防癌症、抗氧化、抗炎和免疫调节等作用。目前,黄腐醇主要从啤酒花中提取,由于植物培育受地理、气候等因素影响,植物中的黄腐醇含量低且分离纯化困难、结构不稳定,导致酿造过程中黄腐醇损失率达80%至90%,急需发展其他生产路线供应黄腐醇。

利用微生物细胞工厂,通过引入异源黄腐醇合成途径并改造和平衡内源代谢途径,有望实现黄腐醇的生物合成。酿酒酵母被广泛应用于食品酿造,具有极强的可塑性、鲁棒性和安全性,逐渐成为天然产物生物合成的主要平台之一。研究团队通过模块化工程、提高前体供应、构建融合蛋白等策略,强化和平衡3个平行途径的代谢流,通过限速酶筛选、酶工程和过氧化物酶体区域化等策略,提高限速步骤异戊烯基化的转换效率,实现了黄腐醇的关键前体脱甲基黄腐醇的生物合成,其生物合成效率提高了83倍,产量达到4毫克/升。接着,团队利用表达甲基转移酶获得了142微克/升的黄腐醇。

该研究为复杂活性天然产物的高效合成提供了理论指导,有望为天然产物新资源开发和可持续利用提供保障。