新突破！中国以色列联合研究利用酵母生物合成大麻素

据报道，来自中国和以色列的研究人员开发了一种利用酵母来生产大麻素的方法，但要达到商业上可行的产量规模还需要做更多的研究。

这种名为解脂耶氏酵母（Yarrowia lipolytica）是一种非传统、非致病性酵母，被归类为“普遍认定安全”(GRAS)

酵母。因其独特的生理和生化特性而得到广泛应用，常常被用作食品添加剂。此外，解脂耶氏酵母在生物燃料生产方面也颇具潜力，因为它可以通过基因改造积累大量脂质，而脂质就是生物柴油的原料。

这是一个新的潜在用途，即通过使用生物合成来生产大麻素。据报道，研究人员实现了多种大麻素及其类似物的从头生物合成。从头生物合成是指从简单的前体分子合成复杂分子的过程，而不是重复利用较大分子分解产生的成分。

该项研究由来自中国广东以色列理工学院化学工程系、以色列理工学院露丝和布鲁斯·拉帕波特医学院，南京师范大学食品与制药工程学院、皖西学院生物与制药工程学院和以色列阿富拉埃梅克医疗中心癌症中心肿瘤学和血液学部等共同开展。

研究人员表示，尽管大麻素有很多益处，但它的生产面临着植物提取的挑战和稀缺性。这项研究旨在利用解脂耶氏酵母作为大麻素生物合成的平台。通过优化前体供应、设计生物分子凝聚态双异戊二烯转移酶表达和利用非规范聚酮合酶扩大内源性代谢，实现了各种大麻素及其类似物的从头生物合成。

研究通过结合模块化代谢设计、染色体靶向敲除、26s rDNA重组和Cre-loxP系统，经过改造的解脂耶氏酵母菌可生产3.5毫克/升的大麻萜酚酸（CBGA）、18.8毫克/升的奥塞利酸（OLA）和0.5毫克/升的氧化大麻萜酚酸（CBGOA）。在添加橄榄烯酸后，大麻萜酚酸（CBGA）的产量达到了15.7毫克/升，这是产油酵母中报道的最高滴度。

该研究证明了解脂耶氏酵母菌作为生物合成生产大麻素及其类似物的极具前景的宿主的多功能性，为进一步的研究和药物应用开辟了道路。未来，优化产量并扩大生产规模将是实现商业可行性的关键步骤。

研究还强调了脂耶氏酵母作为合成复杂萜烯或聚酮的多功能底盘的潜力，涉及到大麻素大麻萜酚酸（CBGA）、奥塞利酸（又称苔色酸OLA）和氧化大麻萜酚酸（CBGOA）。其中，大麻萜酚酸（CBGA）是一种关键的大麻素，它是所有戊基侧链大麻素的主要前体，例如四氢大麻酚(THC)、大麻二酚(CBD)和大麻酚(CBN)。

该研究成果发表在《生物设计研究》（BioDesign Research）杂志上。迄今为止，尚无关于在解脂耶氏酵母中生产这些大麻素及其类似物的报道，此次尚属首例。研究人员表示，除了大麻素之外，研究中描述的方法还可以扩展到其他复杂天然产物的生物合成，这为生物技术和医学领域的创新应用铺平了道路。

事实上，微生物代谢工程为克服化学合成或植物提取的瓶颈（包括环境问题或资源稀缺）提供了一种替代解决方案。微生物合成还具有其他一些优势，例如需要较少的耕地、不受气候变化影响、遗传上易于驯化、可扩大规模生产等。此外，微生物在利用各种低成本可再生原料时表现出强劲的生长和较高的转化率。尽管如此，事实上，当前只有少数研究小组在工业相关宿主中完成了大麻素的从头生物合成。

据悉，该研究得到了国家自然科学基金委员会、中国李嘉诚基金会和牧原实验室的支持。

实际上，除了酵母可作为大麻素的来源外，其他一些植物也含有大麻素。例如，巴西常见的一种热带雨林植物——山黄麻（大麻科），就是一种很有前景的大麻素新来源，包括大麻二酚（CBD）。