发展新质生产力：合成生物学在植物有效活性成分获取中的应用

合成生物学

合成生物学通过运用基因操作工具等将基因植入到微生物中，使之生产出药物、化学制品或生物燃料，是一门能够调节和改造生命行为或再创生命形式的新兴工程学科。采用工程学“自下而上”的理念，通过“设计(design)-构建(build)-测试(test)-学习(learn)”的路径(DBTL)，打破“自然”和“非自然”的界限，在学习自然生命系统的基础上，构建出有各类用途的生物系统，制造出满足人类需求的产品。它的出现为许多前景广阔的科学研究带来新的希望。

药用植物中的有效活性成份大部分直接从中草药中提取获得，但由于大多数药用天然产物在植物中的含量低微，提取分离相对困难，并且有些天然化合物分子结构复杂，导致化学合成难度大，且易造成对环境的污染。通过生物合成途径获得的中药有效活性成份绿色环保、可持续发展且产量高，因此备受关注。

植物有效活性成分

萜类化合物是植物次生代谢产物中最丰富、数量最多的一类化合物，具有多种功能，其中更存在着具有显著药理活性的化合物——人参皂苷。人参皂苷属于三萜类化合物，是传统名贵中药材人参的主要活性成份，人参在预防肿瘤、抗衰老、抗心律失常、降糖降脂、提高免疫力等方面都有功效。人参皂苷作为药物和保健品深受人们喜爱，市场需求极大，但人参资源稀少，生长周期漫长，且人参中人参皂苷含量较低，导致其供应量远远不能满足人们的需求。因此，通过合成生物学获得该有效活性成份的重要性可见一斑。

有文献报道，在酿酒酵母中引入原人参二醇（PPD）合成途径，构建生产PPD的菌株；随后利用代谢途径强化的策略，对HMGR 酶的表达和发酵工艺进行优化，最终将PPD产量提高到1g/L^[1-2]。后期通过基因模块组合优化，将人参皂苷前体达玛烯二醇-II（DD）的产量提升至15g/L^[3]。SHI等^[4]将PPDS定位至存储底物DD的脂滴，显著提高了DD向PPD的转化率，最终人参皂苷compound K(CK)的发酵罐产量高达5g/L。

未来发展趋势

中药活性成份涵盖广泛，结构复杂多样，对于创新药物研发具有十分重要的价值。通过生物合成途径的快速组装重构和基因编辑技术等合成生物学手段实现中药活性成份的高效异源生物全合成，将成为绿色高效获取中药活性成份的重要途径之一。合成生物学利用已知的遗传元件改造已有的微生物，使其具备全新的功能或更佳的性能；科学家可以通过改造微生物自身遗传物质的构造，创造出自然界不存在的物体。相信随着生物技术的不断更迭，植物中活性成份的大量生物合成将为传统中药开发注入新的活力，提升我国研发创新性药物的能力和国际医药产业的核心竞争力。

丹纳赫生命科学可提供合成生物学对植物有效活性成份获取研究中的相关解决方案，助力研究者加速发现，突破创新。

QPix系列高通量筛选系统助力工业微生物菌种选育

由于原始菌种的目标产物通常比较低，而且无法适应大规模工业化培养的苛刻条件，或需要人为提供优越条件而增加生产成本，因此从自然界中获得的原始菌种通常都不适合于工业化生产，作为工业生产菌种的微生物通常都是经过人工重复多次筛选过的优质微生物菌种。菌种选育需要多次重复进行，整个生产过程中需要花费大量时间和人力。丹纳赫生命科学旗下美谷分子仪器的QPix400高效筛选系统作为高通量自动化平台，可以在整个菌种选育过程中发挥作用，大大提高菌种选育的速度，节省时间和成本。

美谷分子仪器的QPix460 微生物克隆筛选系统

BioMektor高通量自动化微型生物培养平台助力微生物菌株筛选和工艺优化

生物技术产业对菌株和工艺优化有着严格的要求，过程通常十分耗时和复杂，并需要进行大量的实验。我们需要在尽可能减少工作量的同时获取更多信息以实现尽可能高的产量，而高通量、自动化、DoE可以实现这一目的，是未来菌株筛选和工艺过程优化的发展趋势。

丹纳赫生命科学旗下贝克曼库尔特生命科学的BioLector微型生物反应器可一次进行48个样品的平行培养，并可在线监测生物量、pH值、溶氧（DO）和各种荧光分子或蛋白质的荧光强度，同时还能结合微流控芯片技术实现各培养孔独立的 pH 控制和补料分批培养，并可放大工艺。整合自动化工作站的BioLector即BioMektor高通量自动化微型生物培养平台可通过实验设计（DoE）进行诱导、培养基制备和执行自动化高通量培养及在线检测，非常适用于DoE环境下的菌株筛选、发酵参数优化、培养基优化和补料分批培养的研究等。

贝克曼库尔特生命科学的BioMektor高通量自动化微型生物培养平台

高分辨质谱X500R QTOF在人参皂苷成份鉴定中的应用

人参是珍贵药材之一，具有“大补元气、宁神益智、 益气生津、补虚扶正”等功效，其主要药效成份为人参皂苷。丹纳赫生命科学旗下SCIEX的中药成份高分辨二级数据库基于《中国药典》一部中的中药品种的有效成份为基础，包含有皂苷类、黄酮类、黄酮苷类、三萜类、苯乙醇苷、有机酸等近千种化合物。

SCIEX X500R QTOF高分辨质谱仪，一针进样同时得到高质量的一级和二级质谱图，强大的信息依赖（IDA）采集功能，获得高分辨的TOF MS和TOF MS/MS图；结合丰富的中药有效成份高分辨MS/MS数据库，软件自动计算理论分子量、同位素分布、并同时和谱库中的MS/MS进行匹配，通过综合得分，能直观、快速、准确地得到人参皂苷类的成份鉴定结果。

SCIEX的X500R QTOF高分辨质谱仪

相关展讯

丹纳赫生命科学将于2024年4月12 -13日参展在南京举办的2024第二届合成生物学产业博览会，将携手思拓凡为用户带来覆盖合成生物学的“设计-构建-测试-学习”闭环工作流的解决方案。我们针对现有生物铸造厂中试错实验量大、自动化手段少、大片段DNA合成成本高、研究维度单一等局限，为用户提供围绕旗下贝克曼库尔特生命科学自动化工作平台为核心的高通量现代合成生物学工业平台。展示包括贝克曼库尔特生命科学的纳升级声波移液系统、自动化工作站、美谷分子仪器的智能微孔板检测系统、微生物克隆筛选系统、SCIEX的Echo MS声波激发耦合质谱系统、QTRAP系统，思拓凡的ÄKTA Pure 层析系统等，可以为用户有效降低成本、提升通量、拓展研究深度和广度。展台更有合成生物学实验室沙盘展示，为用户带来合成生物学实验室搭建思路。

丹纳赫生命科学展位

展位号：A05

展览期间，展台将有丰富的互动活动，

欢迎莅临参观，赢取好礼！

参考文献

　　1.DAI Z B, WANG B B, LIU Y, et al. Producing aglycons of ginsenosides in bakers' yeast. Sci Rep, 2014, 4: 1.

　　2.王洁，戴住波. 中药活性成分异源仿生合成——中药资源保护与开发新模式. 中国中药杂志，2023，48: 2284.

　　3.王冬, 刘怡, 许骄阳等. 创建酿酒酵母细胞工厂高效生产人参皂苷前体达玛烯二醇Ⅱ. 药学学报，2018，53: 1233.

　　4.SHI Y, WANG D, LI R, et al. Engineering yeast subcellular compartments for increased production of the lipophilic natural products ginsenosides. Metab Eng, 2021, 67: 104.