近期，我校生物工程学院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
