利用大腸桿菌可生產抗癌藥原料

細胞色素P450是一類在生物代謝過程中扮演著重要角色的酶，有研究表明其中一些成員可用于合成紫杉醇等抗癌藥活性成分。在2017年，丹麥的一些研究人員開發出一套基因工具，成功地用不同品系的大腸桿菌生產出約50種細胞色素P450酶，包括可用于合成抗癌藥紫杉醇和巨大戟醇的品種。美迪西科研人員建立了成熟的大腸桿菌表達及純化服務平臺，提供包括各種重組蛋白以及其復合物在大腸桿菌中的表達與純化服務。

大腸桿菌具有兩個顯著特征：操作簡單、能在廉價的培養基中高密度培養，它的這些特征加上十多年外源基因表達的經驗使其在大多數科研應用中成為高效表達異源蛋白最常用的原核表達系統。

紫杉醇是世界知名的抗癌藥，已被證明從20世紀70年代起就對多種癌癥具有顯著療效。它是一種來自于紫杉樹樹皮的天然物質，正因為如此，它的分子結構非常復雜，它的作用機制同樣如此。在1977年，有研究表明，紫杉醇可以結合到細胞的微管組裝中，并穩定微管，這有助于防止收縮，并防止伴隨細胞分裂減慢發生的染色體分離。由于它是天然來源，難以人工合成，紫杉醇的供應最初是受限的，后來有研究人員想出如何從普通紫杉樹中提取紫杉醇的前體并應用化學合成技術來生產該藥物，所以一般采用細胞培養法來生產紫杉醇。

代謝工程是生產復雜分子，包括藥品，保健品，香精和香料等最有前途的方法。代謝工程可通過改變單個細胞的遺傳和調控系統來生產預期的物質，本質上是將現有的細胞轉變成小型工廠，紫杉醇被認為是這種生物合成途徑極有可能的候選物。

　　一個國際科研團隊最近發表在美國國家科學院院刊上的研究結果致力于克服代謝工程中現有的一些障礙，并選擇一個特定的紫杉醇前體作為自己的目標。考慮到新類型的代謝化學過程包括聚合，環化以及糖基化，他們試圖在大腸桿菌中使用細胞色素P450酶。

　　細胞利用一個特定的系統來構造復雜分子,首先，它們通過聚合和環化基礎代謝元件來構建支架。一旦支架到位，剪切酶用一部分的官能團來修飾分子，基本上，分子中起作用的只是一部分和這些功能過程在氧合作用中有一個層次結構，這是由酶P450介導的，也是非常重要的。P450廣泛存在于天然代謝化學，因為它具有選擇性氧合無活性碳的獨特能力，這也使得它特別適合用于分子生物合成領域。

研究人員并沒有試圖產生紫杉醇，因為這是一個艱巨的任務，相反他們試圖系統化在藥物生物合成過程中的第3步。他們在大腸桿菌中設計了P450介導的催化作用，并且在第一時間證明，該細菌是植物細胞色素P450的合適宿主。他們寫道，“最終，這項工作推進了紫杉醇代謝工程，而在過去的五年里該工程一直處于停滯狀態。”

他們也發現，單一通路模塊的高表達會影響上游酶的表達，進而破壞它們分子系統的整體性能。確切原因雖然未知，但他們推測，這可能是P450酶獨享在后期所需的某些資源的結果。他們寫道，“充分闡明紫杉醇途徑的工作尚未完成，并且愈發顯得比原先認為的復雜，這項工作奠定了P450酶在大腸桿菌體內更快，更高效表達的基礎，希望在不久的將我們會看到復雜的生物合成物和寶貴的天然產物的大規模應用。”

因此，利用轉基因手段讓細菌變成生產細胞色素P450的“工廠”是一個重要的研究方向，因為細菌可以在受控制的環境下大量繁殖，容易實現量產。