基于 4- 羥基苯乙酸-3- 羥化酶突變體的基因工程大腸桿菌發(fā) 酵生產左旋多巴
帕金森病是一種是老年人群中常見的慢性、進行性、運動障礙性中樞神經系統(tǒng)疾病。帕金森病主要是由于大腦中缺乏多巴胺引起的.左旋多巴(Levodopa,L-dopa)為目前治療帕金森病的主要藥物.多巴胺不能夠通過血腦屏障到達大腦治療帕金森病,而 L-dopa 能夠通過血腦屏障,到達中樞神經系統(tǒng),并在體內脫羧酶的作用下轉變?yōu)槎喟桶罚瑥亩委熍两鹕。R姷闹委熍两鹕〉乃幬锒酁?L-dopa 及其與其他藥物的復合物,如美多芭、息寧等。在全球 500 強暢銷藥物市場中,抗帕金森治療市場超過 20 億美元。來源于大腸桿菌的 4-羥基苯乙酸-3-羥化酶( p-hydroxyphenylacetate3-hydroxylase ,PHAH) 具有較寬的底物范圍,可以將 L-酪氨酸轉化為 L-dopa,反應單向進行,產物均為 L 型,且該酶不會進一步氧化 L-dopa。但由于 L-酪氨酸并不是 PHAH 的最適底物,該方法催化生成 L-dopa 反應速率慢,到目前文獻報道的最高產率為 12.5g/L,并不能實際生產應用。前期本實驗室通過對大腸桿菌芳香族氨基酸代謝途徑進行改造,已獲得從葡萄糖發(fā)酵生成 L-酪氨酸高產大腸桿菌菌株,發(fā)酵水平僅次于美國麻省理工學院與美國杜邦合作文獻報道的 L-酪氨酸發(fā)酵水平.本課題對 4-羥基苯乙酸-3-羥化酶進行突變改造,獲得了一催化反應速度大幅提升的突變體。在 L-酪氨酸的代謝途徑的基礎上,含 4-羥基苯乙酸-3-羥化酶突變體的大腸桿菌培養(yǎng) 38 小時轉化生成左旋多巴產率即可達 50g/L 以上,且培養(yǎng)發(fā)酵簡單易行為世界上首個采用此法可實現(xiàn)大規(guī)模工業(yè)應用的左旋多巴生產路線。目前左旋多巴市場價格約為50 萬/噸,此法生產成本遠低于左旋多巴市場價格。
北京科技大學
2021-04-13