构建细胞工厂高效生产“植物黄金”
科技日报讯 （记者陈曦 通讯员焦德芳）记者4月21从天津大学获悉，该校药学院副教授梅坤荣和教授高文远课题组通过理性设计技术，获得了高效生产稀有人参皂苷的新元件，有望实现稀有人参皂苷的高效生产。相关研究成果发表在国际期刊《先进科学》上。
人参、三七等传统中药材中富含被誉为“植物黄金”的稀有人参皂苷。据介绍，人参皂苷分为两类，一类是原型人参皂苷，其在植物中含量较高，但活性较低，人体难以吸收；另一类是稀有人参皂苷，它是原型人参皂苷的代谢产物，活性更高，更容易被人体吸收利用。稀有人参皂苷功效强大，已经被证明具有抗肿瘤、抗炎和增强免疫力的作用。然而，稀有人参皂苷在植物中的含量极低，通常不到0.1%，而且提取过程复杂、成本高，还容易产生环境污染。
为解决这个问题，科研团队使用了合成生物学技术，通过构建微生物或植物细胞，使其如同工厂一样生产稀有人参皂苷。研究团队前期通过基因编辑、细胞器工程等合成生物学策略，构建了植物细胞工厂生产稀有人参皂苷。为提高产率，团队进一步聚焦这项技术的关键元件——糖基转移酶的蛋白质。它能够催化人参皂苷合成的最后几步反应，决定最终产物的种类和含量。
然而，现有的糖基转移酶生产稀有人参皂苷的效率难以满足大规模生产的需求。研究团队聚焦稀有人参皂苷生物合成的关键糖基转移酶Pq3-O-UGT2，首次解析了它与底物结合的晶体结构。通过这项研究，团队发现这种糖基转移酶的底物结合口袋具有独特的取向和显著的疏水性，能够识别多种底物，包括不同的人参皂苷和部分黄酮类天然产物。基于这些发现，研究团队对该糖基转移酶进行了改造，成功构建了突变体。实验结果表明，改造后的糖基转移酶更倾向于合成稀有人参皂苷，并且生产稀有人参皂苷的效率显著提高，为未来的大规模生产奠定了基础。
“这项研究的突破性意义在于为稀有人参皂苷的高效生产提供了新思路。”梅坤荣介绍，未来，随着合成生物学技术的进一步发展，稀有人参皂苷的生产成本有望大幅降低。
