[發明專利]三分三非典型III型聚酮合酶及其應用

有效

• 申請號: 201910299608.1
• 申請日: 2019-04-15
• 公開（公告）號: CN111826357B
• 公開（公告）日: 2021-11-19
• 發明（設計）人: 肖友利;李國強;平羽;楊盟權
• 申請（專利權）人: 中國科學院分子植物科學卓越創新中心
• 主分類號: C12N9/04
• 分類號: C12N9/04;C12N9/10;C12N9/90;C12N15/53;C12N15/54;C12N15/55;C12N15/70;C12N1/21;C12P17/10
• 代理公司: 上海申浩律師事務所 31280
• 代理人: 賈師英

本發明公開了一種三分三非典型III型聚酮合酶AaPYKS，該AaPYKS能夠高效地催化N?甲基?Δ¹?吡咯啉與丙二酰輔酶A進行縮合反應來制備4?(1?甲基?2?吡咯烷基)?3?氧代丁酸，反應條件溫和，具有工業化開發前景。

技術領域

本發明屬于生物催化和代謝工程技術領域，具體地說，涉及一種三分三非典型III型聚酮合酶AaPYKS及其在制備4-(1-甲基-2-吡咯烷基)-3-氧代丁酸中的應用。

背景技術

托品酮(Tropinone)是一個莨菪烷類生物堿，可用于合成阿托品硫酸鹽等藥物。式III所示化合物4-(1-甲基-2-吡咯烷基)-3-氧代丁酸是莨菪生物堿的生物合成途徑中生成托品酮的重要前體，目前主要從植物中提取得到。

近年來發展的合成生物學技術，通過微生物菌株作為底盤細胞，將目標化合物生物合成途徑相關基因導入，實現了植物來源的一些重要藥用化合物的異源高效合成(Kotopka BJ,Li Y,Smolke CD.2018.Synthetic biology strategies towardheterologous phytochemical production.Natural product reports.Li S,Li Y,Smolke CD.2018.Strategies for microbial synthesis of high-valuephytochemicals.Nature chemistry 10(4):395-404.)，建立4-(1-甲基-2-吡咯烷基)-3-氧代丁酸的生物合成方法不僅能彌補化學合成方法的不足之處，同時也為以4-(1-甲基-2-吡咯烷基)-3-氧代丁酸為中間體的尼古丁及托品生物堿的途徑解析及異源合成提供基礎，對于大規模生產莨菪生物堿具有重要的經濟意義。

聚酮合酶(polyketide synthase，PKS)可以催化式I所示的N-甲基-Δ¹-吡咯啉(N-methylpyrrolinium)與式II所示的丙二酰輔酶A(Malonyl-CoA)發生反應形成化合物III。

茄科植物三分三(Anisodus acutangulus)是我國特有的產托品類生物堿的資源植物，又名三分七、野箊，其干燥品總生物堿含量高達1.2％，托品生物堿總含量比常見的一些茄科植物如顛茄、莨菪、曼陀羅等都要高(Kai G,Zhang A,Guo Y,Li L,Cui L,Luo X,LiuC,Xiao J.2012.Enhancing the production of tropane alkaloids in transgenicAnisodus acutangulus hairy root cultures by over-expressing tropinonereductase I and hyoscyamine-6β-hydroxylase.Molecular BioSystems 8(11):2883-2890.)，并且其轉錄組數據也被發表(Cui L,Huang F,Zhang D,Lin Y,Liao P,Zong J,KaiG.2015.Transcriptome exploration for further understanding of the tropanealkaloids biosynthesis in Anisodus acutangulus.Molecular GeneticsGenomics290(4):1367-1377.)，因此利用獨特生物資源優勢對于三分三中與化合物III的生物合成有關的酶類的研究非常重要。

眾所周知，化學法合成4-(1-甲基-2-吡咯烷基)-3-氧代丁酸存在環境污染大的問題，導致開發環境友好型的綠色制備工藝很有必要。因此具有反應條件溫和、催化效率高、副產物少等優點的生物制備法比如生物酶催化法成為有吸引力和有前途的方法。

發明內容