朱砂精酸生物合成体系的构建和应用
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湖北省自然科学基金(2024AFB228,2022CFB933,2022CFB934);湖北省教育厅自然科学基金(Q20232108);湖北医药学院人才启动金(2022QDJZR009);武当特色中药研究湖北省重点实验室(湖北医药学院)开放课题(WDCM2023006);国家大学生创新创业训练计划(X202410929045)


Construction and application of the cinnabarinic acid biosynthetic system
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    摘要:

    朱砂精酸(cinnabarinic acid, CA)是一种广泛用于印染、化工和制药等行业的高值含氮三杂环吩恶嗪酮类化合物,但至今尚未建立有效的CA合成体系。为实现CA的高效合成,本研究构建了基于体外酶学催化和全细胞催化的CA生物合成体系。首先,针对CA合成的关键限制因素,筛选到了一个可加速将3-羟基邻氨基苯甲酸转化为CA的超氧化物歧化酶SodAPrm。随后,通过对SodAPrm催化条件的优化,于体外实现了高达(176.6±14.3) mg/L的CA合成。此后,基于SodAPrm酶,构建了用于CA合成的全细胞催化体系BL-sodAPrm。最后,通过对全细胞催化系统BL-sodAPrm催化条件的优化,最终实现了高达312.3 mg/L的CA合成。本研究为未来CA及其衍生物的高效合成与应用奠定了研究基础。

    Abstract:

    Cinnabarinic acid (CA) is a high-value nitrogen-containing tricyclic phenoxazinone widely used in dyeing, chemical, and pharmaceutical industries. However, the efficient CA synthetic system for large-scale CA production has not been constructed until now. To achieve efficient CA biosynthesis, we constructed an in vitro enzymatic synthetic system and a whole-cell biocatalytic platform for CA biosynthesis in this study. Firstly, targeting the main limiting factor of the CA synthesis, we identified a superoxide dismutase SodAPrm capable of efficiently converting 3-hydroxyanthranilate to CA. Subsequently, the in vitro catalytic parameters of SodAPrm were optimized, after which (176.6±14.3) mg/L CA was efficiently synthesized. Then, based on the selected SodAPrm, an Escherichia coli whole-cell catalytic system BL-sodAPrmwas constructed for CA biosynthesis. Finally, a maximal titer of 312.3 mg/L CA was synthesized after optimization of the reaction conditions of whole-cell catalytic system BL-sodAPrm. In summary, this study lays a profoundly foundation for the biosynthesis and application of CA and its derivatives in the future.

    参考文献
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    引证文献
引用本文

胡娟,张东洋,石柳柳,赵小英,李心利. 朱砂精酸生物合成体系的构建和应用[J]. 生物工程学报, 2025, 41(5): 2038-2049

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  • 收稿日期:2024-10-28
  • 最后修改日期:2024-12-18
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  • 在线发布日期: 2025-05-21
  • 出版日期: 2025-05-25
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