記者今天從中國(guó)農(nóng)業(yè)科學(xué)院獲悉,該院深圳農(nóng)業(yè)基因組研究所(嶺南現(xiàn)代農(nóng)業(yè)科學(xué)與技術(shù)廣東省實(shí)驗(yàn)室深圳分中心)聯(lián)合國(guó)內(nèi)外六家單位開展技術(shù)攻關(guān),在國(guó)際上率先實(shí)現(xiàn)了紫杉醇的生物合成,有望解決“明星抗癌藥”紫杉醇供應(yīng)不足的問(wèn)題。研究成果論文在國(guó)際學(xué)術(shù)期刊《科學(xué)》(Science)發(fā)表。
中國(guó)科學(xué)院院士趙國(guó)屏對(duì)此評(píng)價(jià):該研究成功解析了紫杉醇合成途徑中尚未被發(fā)現(xiàn)的若干關(guān)鍵催化酶,并利用植物底盤實(shí)現(xiàn)了合成路線的人工重構(gòu),結(jié)束了闡明紫杉醇生物合成途徑的漫長(zhǎng)研究歷史,也生動(dòng)代表著我國(guó)一批中青年科學(xué)家,在合成生物學(xué)領(lǐng)域探索奮斗近二十年所達(dá)到的里程碑式新高度。
中國(guó)農(nóng)業(yè)科學(xué)院深圳農(nóng)業(yè)基因組研究所研究員閆建斌介紹,紫杉醇是世界著名的植物抗癌天然產(chǎn)物藥物,廣泛應(yīng)用于乳腺癌、卵巢癌等多種癌癥的臨床治療。然而,天然紫杉醇產(chǎn)量稀缺且來(lái)源單一,僅能從珍稀瀕危裸子植物紅豆杉中提取。不僅如此,紫杉醇在紅豆杉植物中的含量極低,數(shù)千棵紅豆杉中僅能提取出1公斤左右的紫杉醇,而治療1個(gè)卵巢癌患者至少需要幾十克紫杉醇。
能否尋找到一種可以替代天然提取紫杉醇的合成方法,是擺在全世界科學(xué)家面前的一個(gè)難題。2021年,閆建斌團(tuán)隊(duì)領(lǐng)銜繪制國(guó)際首張染色體級(jí)別的南方紅豆杉高質(zhì)量參考基因組圖譜,揭示了紅豆杉合成抗癌藥物紫杉醇的遺傳基礎(chǔ),為紫杉醇生物合成途徑的解析提供了基因組學(xué)藍(lán)圖和關(guān)鍵候選基因。
有了基因組圖譜,研究團(tuán)隊(duì)又綜合利用基因組學(xué)、化學(xué)生物學(xué)、合成生物學(xué)等技術(shù)手段,對(duì)多個(gè)紫杉醇生物合成關(guān)鍵候選基因進(jìn)行篩選,成功發(fā)現(xiàn)了紫杉烷氧雜環(huán)丁烷合酶和紫杉烷碳9位氧化酶,并進(jìn)一步解析了植物中氧雜環(huán)丁烷結(jié)構(gòu)形成的催化機(jī)制,改變了環(huán)氧化物是生成氧雜環(huán)丁烷的先決條件的傳統(tǒng)認(rèn)知。在此基礎(chǔ)上,科研人員通過(guò)人工異源合成途徑構(gòu)建策略,利用植物底盤實(shí)現(xiàn)了合成路線的人工重構(gòu),成功在植物底盤中以9個(gè)關(guān)鍵合成酶生成了紫杉醇工業(yè)化生產(chǎn)前體巴卡亭Ш。
“簡(jiǎn)單說(shuō),我們找到了一條無(wú)需消耗天然紅豆杉資源、不依賴土壤種植即可獲得紫杉醇的綠色可持續(xù)生產(chǎn)方法?!遍Z建斌說(shuō),目前相關(guān)研究成果已申請(qǐng)或獲得多項(xiàng)專利,這為我國(guó)紫杉醇綠色制造產(chǎn)業(yè)化鋪平了道路。