电池工厂首次生产的鳗草酸和白藜芦醇

丹麦技术大学(DTU)诺和诺德基金会生物可持续性研究中心的科学家利用自然界中通过酶添加硫酸根基团的方法，首次展示了如何在微生物宿主(细胞工厂)中生产多种硫酸盐酚类化合物。这项开创性的研究发表在《自然通讯》上，能够通过发酵大规模生产硫酸化酚类化合物。

“由于硫酸盐可用于防污剂和药物等多种产品，因此前景广阔。这项工作可能意味着将来更便宜，更好的药物以及具有新特性的生物化学和聚合物，”通讯作者，来自诺和诺德基金会生物可持续性研究中心的Alex Toftgaard Nielsen教授。他还是Cysbio的CSO，该公司致力于将硫酸盐分子等产品商业化。

酚类化合物是芳香族分子，可用于医药，营养保健品和其他抗氧化剂以及化妆品和聚合物行业。将硫酸盐残基添加到酚类化合物中可以增加分子的酸度和溶解度，并降低其毒性。

作为细胞工厂中硫酸化过程概念的证明，研究人员希望生产带氢磷酸。这种酸在海洋植物鳗草中发现，是一种强大的防污剂。用于船舶涂料中，它可能会抑制藻类在船体上的生长。此外，它还用于消毒剂中，可以防止细菌附着在表面(生物膜)上，例如在医院。

如今，可以从植物材料中提取带氢唑酸，但效价低，成本高。左旋酸也可以化学合成，但这需要苛刻的化学条件并产生大量化学废物。因此，生物学过程是优选的。

研究人员必须对细胞工厂内的几个基因进行重新设计和重新连接，以优化硫酸化过程。通过提高硫酸盐的吸收和优化细胞中硫酸盐供体酶的利用率都可以做到这一点。

结果是在所谓的分批补料发酵中每升最多可产生5克带菌酸。该产量令人印象深刻，因为自然界通常仅产生非常少量的带氢唑酸，并且由于化学合成极其困难且昂贵。

从生物学上讲，左旋酸是由一种酶(磺基转移酶)产生的，该酶将硫酸盐侧基转移到特定的结构分子上。因此，研究人员从人类，果蝇，鳗草，大鼠，鸡，兔子，狗，蠕虫，斑马鱼和猪中分离出了磺基转移酶，从而找到了最有效的一种。获胜的酶实际上是从大鼠肝脏中分离出来的，并且在微生物生产宿主中表现出色。

使用这种方法，研究人员还发现了磺基转移酶可以使红酒中强大的抗氧化剂白藜芦醇硫酸化。如今，由于其在葡萄中的含量非常低，繁琐的纯化过程以及对苛刻化学品的需求，从植物中提取白藜芦醇变得困难，费时且不可持续。

在葡萄中，白藜芦醇以无活性的非硫酸盐形式存在。白藜芦醇进入人体后，会被肝脏硫酸化而变得活跃，从而赋予该分子抗氧化性能。因此，能够在细胞工厂中生产大量硫酸化的白藜芦醇打开了生产更具活性和生物利用度的抗氧化剂的大门，该工艺也可用于改变药物的特性。

此外，研究人员表明，某些磺基转移酶也能够硫酸化香草酸。这也是一种可以在微生物细胞工厂中生产并具有市场潜力的产品。

“从科学的角度来看，能够在微生物细胞工厂中生产硫酸化的酚类化合物是很了不起的，但是它也可能对社会产生影响，因为这些分子在生物化学，营养保健品甚至药物中都有应用。”该研究是新成立的公司Cysbio的硫酸化技术研发总监Christian Bille Jendresen，该公司从DTU的诺和诺德基金会生物可持续发展中心中分离出来。

他说：“我们可以创造出各种有趣的化学物质，这些化学物质将以不同的方式进入市场。”

因此，这项开创性的工作使新型硫酸盐生化试剂的生产成为可能，这将有可能在许多生物技术应用中得到应用。