中藥現代化策略淺析——以青蒿素的生物合成為例（下）

來自專欄孢子學院的生物學7 人贊了文章

前幾天去isynbio夏令營把這個專輯發給老師看，搞得老師要仔細看一下，嚇得我趕緊來更新完結一下，畢竟植物合成生物學才是我本科做的最多的；

先給出思維導圖：

實際上在前幾天之前我還是認為植物中表達生產這些天然產物並不如微生物更好的，不過前幾天聽老師說唐克軒老師做的植物中青蒿素的代謝工程優化表達已經將keasling的酵母代謝工程在市場上擊敗了——農作物的大田種植成本還是更低啊看起來；

當然，這裡面有一個關鍵點，在非洲用大田種植成本低廉的優勢實際上是被放大了；

而在微生物中由於只能得到前體青蒿酸，實際上後幾步的化學合成還是增加了成本。

在植物合成生物學中，通常有這幾種策略可以提高某種植物次生代謝化合物藥物的產量：

1. 過表達關鍵限速酶；
2. 抑制競爭性途徑，抑制分支；
3. 增強基礎代謝，積累更多的底物；
4. 在一個合成植物學底盤中進行異源表達；

首先科學家在黃花蒿Artemisia annua本身中進行了一系列令人窒息的操作：

很明顯，有很多令人窒息的數據，比較乾重可以看到利用了「加速」「截留」「全局調控」三種策略整體上都可以實現比較大的產量提升，不過遺憾的是由於不同作物的生物量不同培養的成本也不同，我們並不能把它拿來和酵母、煙草等底盤來比較。

可以看到，經過一系列嘗試之後，在煙草中已經可以達到每公斤0.8g，結合煙草的生物量來看還是比較可觀的，不過黃花蒿本身也可以大田種植，從實際生產上看黃花蒿更勝一籌。

實際上煙草中生產的次生代謝產物也容易發生意料之外的糖基化引起抗原反應，不過既然它產量不行（實際上是我覺得這條路不可行，至少目前這麼覺得）這裡也就不展開說了；

和煙草不一樣，上圖中的小立碗蘚可以實現發酵樣培養，不過似乎這樣就和酵母的產量比不了了，我的導師支持我做合成植物學就是因為我目前正在做的liverworts在發酵培養上也有比較大的優勢，不過直到現在我也不太清楚，既然苔蘚發酵比不過藻類和酵母，大田種植又不行，為什麼很多大牛要用苔蘚做……

寫這篇文章一個是強行為這個故事畫上句點，另一個目的也是想藉此與大家一同思考這個問題，在植物源天然產物的生物合成方面，到底是大田種植的優勢更大還是在微生物中重構然後進行發酵的優勢更大；

說白了就是植物代謝工程與微生物細胞工廠這兩個方向之間我又一次陷入了迷茫……

參考文獻：

1. doi: 10.3389/fpls.2017.01966. eCollection 2017.
2. doi.org/10.3389/fpls.2016.01647

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