近期，江南大學(xué)生物工程學(xué)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(yīng)用于臨床、醫(yī)療和營養(yǎng)保健等領(lǐng)域。然而，當(dāng)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(chǔ)。

 

　　康振教授和李江華教授為論文通訊作者，2017級博士生金學(xué)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(xué)基金（BK20200025）、國家自然科學(xué)基金（32000058、31970085）、國家重點研發(fā)計劃（2018YFA0901400）、關(guān)鍵技術(shù)資助江蘇省研發(fā)計劃（BE2019630），國家輕工技術(shù)與工程一流學(xué)科（LITE2018-16）的資助。