放线菌聚酮类化合物的合成生物学研究及生物制造

刘卫兵，叶邦策

（华东理工大学微分析与生物系统工程实验室，生物反应器工程国家重点实验室，上海200237）

聚酮类化合物是一大类天然产物的总称，也是次级代谢产物中最大的一类。聚酮化合物种类广泛，目前已发现的聚酮化合物超过10000种，由其衍生出的新化合物更是不计其数[1-2]。迄今已发现多种生物能合成聚酮化合物。如细菌（糖多孢红霉菌合成红霉素，erythromycin；金色链霉菌合成四环素，tetracycline）[3]、真菌（茄褐纹菌合成洛伐他汀，lovastatin）[4]、植物（大黄合成大黄素，emodin）[5]、昆虫（来自药材甲的雌性信息素，stegobinone）[6]等。其中，微生物生物合成是其主要来源途径，微生物可以通过不同的生物合成途径生成不同用途的药物，包括抗生素（如通过糖多孢红霉菌代谢合成红霉素，erythromycin A）；抗真菌药物（如通过结节链霉菌合成两性霉素B，amphotericin B）；抗寄生虫药物（如通过阿维链霉菌代谢合成阿维菌素，avermectins）；杀虫剂（如多刺甘蔗多孢菌代谢合成多杀菌素，spinosyn A）；免疫抑制剂（如吸水链霉菌合成雷帕霉素，rapamycin）及抗癌药物（如利用天蓝淡红链霉菌合成多柔比星，doxorubicin）等[7-13]。目前，全球约有70%的抗生素是由微生物制造，其中使用最多的是放线菌，约占所有微生物的2/3[14]。

聚酮化合物具有广泛的用途，特别是在医药领域，每年聚酮来源的药物销售额超过200 亿美元[15]。由于其在医药、健康等方面的巨大经济价值及应用前景，吸引了大量科学家的关注。随着合成生物学的发展及绿色制造的兴起，越来越多的研究人员对聚酮化合物进行深入研究，包括其代谢通路、合成途径、前体供应、底盘细胞优化、异源表达等，以期通过合成生物学的新技术不断改造和优化聚酮化学物的合成，同时利用绿色制造的理念，开发聚酮化合物生物合成的新思路。……