N-端改造植物P450酶实现工程大肠杆菌合成甜菜黄素

作者：赵广荣^*; 侯亚男

来源：天津大学学报 (自然科学与工程技术版), 2021, 54(09): 934-941.

• 细胞色素P450酶
• 甜菜黄素
• 大肠杆菌
• 合成生物学
• 酶的改造

甜菜黄素是安全的植物源水溶性天然色素,主要应用于食品行业。甜菜黄素还具有抗氧化活性和光学特性,在医疗保健、荧光成像等领域具有潜在应用价值。目前,甜菜黄素的主要来源是植物提取分离,但存在甜菜黄素含量低、种类少等问题。本文改造植物P450氧化酶,研发大肠杆菌异源合成甜菜黄素的新方法。首先,对甜菜的P450氧化酶CYP76AD1LL和P450还原酶(cytochrome P450 reductase,CPR)进行N-端截短和改造,研究不同改造序列和表达策略对合成L-多巴的影响。结果表明,截去N-端跨膜序列,利用3种不同N-端序列修饰P450氧化酶,MA序列修饰CPR(MA-t CPR),工程大肠杆菌中均能以L-酪氨酸为底物合成L-多巴。其中亲水性2B1序列(MAKKTSS)修饰P450氧化酶,采用双顺反子表达策略优于单顺反子,工程大肠杆菌BDP10合成L-多巴的产量最高,为40.42 mg/L。进一步表达紫茉莉的4,5-多巴双加氧酶基因,构建了工程大肠杆菌BTA11,利用L-酪氨酸为前体,合成了甜菜醛氨酸。最后,在培养基添加3种氨基酸(对氨基苯甲酸、L-组氨酸、L-亮氨酸)和3种胺类化合物(酪胺、吡咯烷、吲哚啉),工程大肠杆BTA11合成了6种对应的甜菜黄素。研究结果表明,采用N-端改造策略赋予植物P450氧化酶在大肠杆菌中具有催化功能,能合成天然和非天然的颜色多样、结构丰富的多种甜菜素。

• 单位
  天津大学