奎尼酸生物合成代谢工程.pdfVIP

中国生物工程杂志 ChinaBiotechnology，2005，25(11)：57～61 奎尼酸生物合成的代谢工程 何华庆 李思光 徐琪寿 (1军事医学科学院放射医学研究所 北京 100850 2南昌大学生命科学院 南昌 330047) 摘要 奎尼酸及其衍生物氢醌和苯醌等是一类重要的化工原料，可作为一些化学合成制剂和药 物中间原料，且在食品和化学工业中有着广泛的应用。目前奎尼酸的制备方法有植物提取法、化 学合成法、酶工程法和微生物发酵法，其中微生物发酵法是近年发展起来的一种十分经济有效的 方法。在介绍奎尼酸的制备方法的基础上重点综述了应用代谢工程在生物合成奎尼酸基因工程 菌的改造中的研究进展，其中涉及奎尼酸生物合成途径中相关基因及其酶的调控、中心代谢途径 的改造和修饰等，并探讨了将来的发展前景。 关键词 奎尼酸 代谢工程 生物合成 奎尼酸(quinicacid，QA)又名金鸡纳酸，是一种具 酸的化学合成法，该法较直接提取要经济，但是其产物 有光学活性的环状多羟基化合物。普遍存在于金鸡纳 为DL型外消旋体，必须经过拆分才能得到能够被利用 树皮、烟草叶、胡萝 卜叶、苹果、梨、咖啡等植物中，少数 的L-奎尼酸。随后Smissman和Wolinsky加以完善，用 真菌和细菌中也存在。除了合成神经氨(糖)酸酶抑制 不对称合成法获得 L-奎尼酸，但工艺过程极其复杂，合 剂GS401和GS4104…以外，奎尼酸还被广泛用于合成 成反应中还会产生大量有害物质，污染环境。因此，迫 抗肿瘤制剂埃斯波霉素A(esperamicin．A)、免疫抑制剂 切需要一种既经济又环保的合成奎尼酸的方法。于是 FK506和IBE-5抗乙肝病毒药物以及具有抗氧化、抗菌 发展出了酶法，该方法以莽草酸 (shikmate)为底物经过 作用的绿原酸(chlorogenicacid)等 。此外，奎尼酸 相应酶的催化可以合成奎尼酸，尽管该方法具有工艺 可用作食品添加剂、助溶剂及光学材料等。随着奎尼 简单、周期短、产量高等特点，但 由于底物和酶的价格 酸作用范围的扩大，新的功能不断被发现，如消炎、抗 昂贵且来源有限，其应用受到了限制。随着生物技术 老化，抗血栓形成等 ¨ ，社会对奎尼酸的需求 日益增 的发展，特别是近年来代谢工程学的兴起，代谢工程在 加。 芳香化合物的生物合成研究中的不断应用，使微生物 随着基因工程等生物技术的发展，特别是 自1991 直接发酵法作为一种既经济又环保的合成奎尼酸的方 年，代谢工程概念的首次提出¨ ，标志着人类应用生 法成为可能。近年来，随着基因工程技术在代谢工程 物技术又迈人了一个崭新的阶段。本文就应用代谢工 中的应用，国内外的实验室都在尝试使用基因工程手 程原理生物合成奎尼酸的研究作一综述。 段构建产奎尼酸的工程菌株。到 目前为止，国际上在 1 奎尼酸的制备方法 利用微生物发酵法合成奎尼酸的研究尚处于实验室研 究阶段，产奎尼酸菌株的报道仅出现在美国专利中¨， 目前为止，国内尚无奎尼酸合成研究的报道，国外 Michigan大学的Frost博士领导的小组利用葡萄糖作为 报道有关奎尼酸的获得方法主要有四种，即植物提取 初始原料，在以大肠杆菌为基础构建的产奎尼酸菌株 法、化学合成法、酶工程法和微生物发酵(生物合成)法。