近期，我校hjc356黄金城首页线路康振教授团队在肝素微生物合成领域取得重要进展，研究成果“Synthesis of bioengineered heparin by recombinant yeast Pichia pastoris”正式发表于Green Chemistry ( Green Chem. 2022. 24, 2180-3192, IF=10.182) (DOI: 10.1039/D1GC04672A)。18级博士研究生张永淋为论文第一作者，康振教授和李江华教授为共同通讯作者。
肝素是医学上最广泛的抗凝药物，用于临床血栓、心梗等疾病治疗。目前市场上肝素依赖于猪小肠等动物组织提取。肝素在脊椎动物中发挥着多种作用，如胚胎发育、抗菌/病毒感染（如COVID-19）、抗炎症反应和血液凝固等。动物源肝素中其他糖胺聚糖（如过磺酸化硫酸软骨素）的可变结构和污染加剧了医疗风险，阻碍了其结构-活性关系的研究。目前，已报道的肝素的合成方法有化学法和化学-酶法，但其面临着步骤繁琐或者高成本等障碍。针对现有问题，研究人员开发了一种绿色、简便、易培养的微生物平台合成生物工程肝素，具有与动物源肝素相似的抗凝血活性。
首先，以毕赤酵母为平台菌株实现了双功能酶N-脱乙酰/N-磺基转移酶（NDST）、变构酶和磺基转移酶的活性表达。为进一步提高双功能酶NDST活性，通过N端截短及融合促溶标签（MBP，SUMO、TrxA、AP2、PDI）等方式，发现N端截短83个氨基酸及融合MBP标签能显著提高NDST酶活。3-L分批补料发酵，实现了肝素磺基转移酶和变构酶表达量及酶活的进一步提升。在此基础上，建立了全酶法催化合成肝素的技术路线，实现了肝素的酶法催化合成。采用细胞共培养与无细胞催化体系，得到与动物源肝素抗凝血活性相当的生物工程肝素。在毕赤酵母细胞内整合肝素前体合成模块和磺酸化模块，实现了生物工程肝素的从头合成。最后分批补料发酵，以C1化合物甲醇为碳源，生物工程肝素产量达到2.08 g/L。本研究构建的低成本高效酶法合成生物工程肝素路线，对于促进肝素的生物合成具有重要的意义。
康振教授课题组长期从事糖胺聚糖（肝素、硫酸软骨素、透明质酸等）的微生物合成研究。上述研究得到了国家重研发计划 (2021YFC2100800)、江苏省杰出青年科学基金(BK20200025)、关键技术资助江苏省研发计划(BE2019630)的资助。
图1 重组毕赤酵母合成生物工程肝素
图2 无细胞体系合成生物工程肝素
图3 工程化毕赤酵母从甲醇中生产生物工程肝素
