發展新質生產力：合成生物學在植物有效活性成分獲取中的應用

合成生物學

合成生物學通過運用基因操作工具等將基因植入到微生物中，使之生產出藥物、化學制品或生物燃料，是一門能夠調節和改造生命行為或再創生命形式的新興工程學科。采用工程學“自下而上”的理念，通過“設計(design)-構建(build)-測試(test)-學習(learn)”的路徑(DBTL)，打破“自然”和“非自然”的界限，在學習自然生命系統的基礎上，構建出有各類用途的生物系統，制造出滿足人類需求的產品。它的出現為許多前景廣闊的科學研究帶來新的希望。

藥 用植物中的有效活性成份大部分直接從中草藥中提取獲得，但由于大多數藥 用天然產物在植物中的含量低微，提取分離相對困難，并且有些天然化合物分子結構復雜，導致化學合成難度大，且易造成對環境的污染。通過生物合成途徑獲得的中藥有效活性成份綠色環保、可持續發展且產量高，因此備受關注。

植物有效活性成分

萜類化合物是植物次生代謝產物中最豐富、數量最多的一類化合物，具有多種功能，其中更存在著具有顯著藥理活性的化合物——人參皂苷。人參皂苷屬于三萜類化合物，是傳統名貴中藥材人參的主要活性成份，人參在預防腫瘤、抗衰老、抗心律失常、降糖降脂、提高免疫力等方面都有功效。人參皂苷作為藥物和保健品深受人們喜愛，市場需求極大，但人參資源稀少，生長周期漫長，且人參中人參皂苷含量較低，導致其供應量遠遠不能滿足人們的需求。因此，通過合成生物學獲得該有效活性成份的重要性可見一斑。

有文獻報道，在釀酒酵母中引入原人參二醇（PPD）合成途徑，構建生產PPD的菌株；隨后利用代謝途徑強化的策略，對HMGR 酶的表達和發酵工藝進行優化，最 終將PPD產量提高到1g/L[1-2]。后期通過基因模塊組合優化，將人參皂苷前體達瑪烯二醇-II（DD）的產量提升至15g/L[3]。SHI等[4]將PPDS定位至存儲底物DD的脂滴，顯著提高了DD向PPD的轉化率，最 終人參皂苷compound K(CK)的發酵罐產量高達5g/L。

未來發展趨勢

中藥活性成份涵蓋廣泛，結構復雜多樣，對于創新藥物研發具有十分重要的價值。通過生物合成途徑的快速組裝重構和基因編輯技術等合成生物學手段實現中藥活性成份的高效異源生物全合成，將成為綠色高效獲取中藥活性成份的重要途徑之一。合成生物學利用已知的遺傳元件改造已有的微生物，使其具備全新的功能或更佳的性能；科學家可以通過改造微生物自身遺傳物質的構造，創造出自然界不存在的物體。相信隨著生物技術的不斷更迭，植物中活性成份的大量生物合成將為傳統中藥開發注入新的活力，提升我國研發創新性藥物的能力和國際醫藥產業的核心競爭力。

丹納赫生命科學可提供合成生物學對植物有效活性成份獲取研究中的相關解決方案，助力研究者加速發現，突破創新。

QPix系列高通量篩選系統助力工業微生物菌種選育

由于原始菌種的目標產物通常比較低，而且無法適應大規模工業化培養的苛刻條件，或需要人為提供優越條件而增加生產成本，因此從自然界中獲得的原始菌種通常都不適合于工業化生產，作為工業生產菌種的微生物通常都是經過人工重復多次篩選過的優質微生物菌種。菌種選育需要多次重復進行，整個生產過程中需要花費大量時間和人力。丹納赫生命科學旗下美谷分子儀器的QPix400高效篩選系統作為高通量自動化平臺，可以在整個菌種選育過程中發揮作用，大大提高菌種選育的速度，節省時間和成本。

美谷分子儀器的QPix460 微生物克隆篩選系統

BioMektor高通量自動化微型生物培養平臺助力微生物菌株篩選和工藝優化

生物技術產業對菌株和工藝優化有著嚴格的要求，過程通常十分耗時和復雜，并需要進行大量的實驗。我們需要在盡可能減少工作量的同時獲取更多信息以實現盡可能高的產量，而高通量、自動化、DoE可以實現這一目的，是未來菌株篩選和工藝過程優化的發展趨勢。

丹納赫生命科學旗下貝克曼庫爾特生命科學的BioLector微型生物反應器可一次進行48個樣品的平行培養，并可在線監測生物量、pH值、溶氧（DO）和各種熒光分子或蛋白質的熒光強度，同時還能結合微流控芯片技術實現各培養孔獨立的 pH 控制和補料分批培養，并可放大工藝。整合自動化工作站的BioLector即BioMektor高通量自動化微型生物培養平臺可通過實驗設計（DoE）進行誘導、培養基制備和執行自動化高通量培養及在線檢測，非常適用于DoE環境下的菌株篩選、發酵參數優化、培養基優化和補料分批培養的研究等。

貝克曼庫爾特生命科學的BioMektor

高通量自動化微型生物培養平臺

高分辨質譜X500R QTOF在人參皂苷成份鑒定中的應用

人參是珍貴藥材之一，具有“大補元氣、寧神益 智、 益氣生津、補虛扶正”等功效，其主要藥效成份為人參皂苷。丹納赫生命科學旗下SCIEX的中藥成份高分辨二級數據庫基于《中國藥典》一部中的中藥品種的有效成份為基礎，包含有皂苷類、黃酮類、黃酮苷類、三萜類、苯乙醇苷、有機酸等近千種化合物。

SCIEX X500R QTOF高分辨質譜儀，一針進樣同時得到高質量的一級和二級質譜圖，強大的信息依賴（IDA）采集功能，獲得高分辨的TOF MS和TOF MS/MS圖；結合豐富的中藥有效成份高分辨MS/MS數據庫，軟件自動計算理論分子量、同位素分布、并同時和譜庫中的MS/MS進行匹配，通過綜合得分，能直觀、快速、準確地得到人參皂苷類的成份鑒定結果。

SCIEX的X500R QTOF高分辨質譜儀

相關展訊

丹納赫生命科學將于2024年4月12 -13日參展在南京舉辦的2024第二屆合成生物學產業博覽會，將攜手思拓凡為用戶帶來覆蓋合成生物學的“設計-構建-測試-學習”閉環工作流的解決方案。我們針對現有生物鑄造廠中試錯實驗量大、自動化手段少、大片段DNA合成成本高、研究維度單一等局限，為用戶提供圍繞旗下貝克曼庫爾特生命科學自動化工作平臺為核心的高通量現代合成生物學工業平臺。展示包括貝克曼庫爾特生命科學的納升級聲波移液系統、自動化工作站、美谷分子儀器的智能微孔板檢測系統、微生物克隆篩選系統、SCIEX的Echo MS聲波激發耦合質譜系統、QTRAP系統，思拓凡的?KTA Pure 層析系統等，可以為用戶有效降低成本、提升通量、拓展研究深度和廣度。展臺更有合成生物學實驗室沙盤展示，為用戶帶來合成生物學實驗室搭建思路。

丹納赫生命科學展位

展位號：A05

展覽期間，展臺將有豐富的互動活動，

歡迎蒞臨參觀，贏取好禮！

參考文獻

1.DAI Z B, WANG B B, LIU Y, et al. Producing aglycons of ginsenosides in bakers' yeast. Sci Rep, 2014, 4: 1.

2.王潔，戴住波. 中藥活性成分異源仿生合成——中藥資源保護與開發新模式. 中國中藥雜志，2023，48: 2284.

3.王冬, 劉怡, 許驕陽等. 創建釀酒酵母細胞工廠高效生產人參皂苷前體達瑪烯二醇Ⅱ. 藥學學報，2018，53: 1233.

4.SHI Y, WANG D, LI R, et al. Engineering yeast subcellular compartments for increased production of the lipophilic natural products ginsenosides. Metab Eng, 2021, 67: 104.