生物学策略生产青蒿素

疟疾是经按蚊叮咬或输入带疟原虫者的血液而感染疟原虫所 引起的虫媒传染病。寄生于人体的疟原虫共有四种，即间日 疟原虫，三日疟原虫，恶性疟原虫和卵形疟原虫。在我国主 要是间日疟原虫和恶性疟原虫。 青蒿素是从植物黄花蒿茎叶中提取的有过氧基团的倍半萜内 酯药物。也是中国发现的第一个被国际公认的天然药物。青 蒿素类药物毒性低、抗虐性强，被WTO批准为世界范围内治 疗脑型疟疾和恶性疟疾的首选药物。
细胞体沉淀物
HCL PH
调
纯度大于 95%的青蒿 酸
凝胶柱层析
醚抽提
抽提物
前景展望：

通过合成生物学制备青蒿素，不受环境和土地的制约, 能在短时 间内获得大量的青蒿素，能稳定世界市场上青蒿素的供应，有效 地降低青蒿素的价格，有利于控制疟疾在贫困国家的肆虐。 通过合成生物学制备青蒿素的成功经验和技术能为其他化工产品、 能源和材料的合成生物学研究提供借鉴作用。
合成生物学策略生产青蒿素
生工1201 金龙斌
源自文库
背景介绍：一种因战争而生的抗疟药
呦 呦 鹿 鸣 ， 食 野 之 蒿 。 我 有 嘉 宾 ， 德 音 孔 昭 。 2011年23日国际医学大奖——美国拉斯克奖临床研 究奖授予中国中医科学院终身研究员屠呦呦，以表 彰她“发现了青蒿素 —— 一种治疗疟疾的药物，在 全球特别是发展中国家挽救了数百万人的生命”。
美国肯塔基大学将青蒿 ADS基因及鸟类FPS基 因导入烟草中表达，经 叶绿体信号序列引导， ADS 和 FPS 被转运至 叶绿体，并合成紫穗槐4,11-二烯。
只导入青蒿素合成特异途径中的基因，利 用底盘细胞中固有的底物供应途径，达到制备 青蒿素中间体的目的。
除了导入青蒿素合成特异途径中的基因外， 还导入了底物供应途径的限速酶基因。
合成生物学策略
底盘细胞选择
与构建。
01
原核微生物
01
真核微生物
01
植物细胞
2003年，美国Keasling 小组将青蒿ADS基因经 密码子优化后导入大肠 杆菌中表达，首次在细 菌体内合成出青蒿素的 第一个关键前体——紫 穗槐-4,11-二烯。
2006年，Keasling小组将ADS基因连同 CYP71AV1和CPR基因同时导入酿酒酵母 中表达，培育出世界上第一株生产青蒿酸的 酵母工程菌，经代谢途径修饰与优化，其产 率已达153 mg/L，加拿大的一支队伍于08 年将新克隆的青蒿DBR2基因连同ADS， CYP71AV1和CPR基因一同导入酿酒酵母， 率先培育出合成双氢青蒿酸的酵母工程菌。
除了导入青蒿素合成特异途径中的基因外， 另外导入一条底物供应途径。
工程菌目的产物提高措施
一：启动子修饰。 五：基因替换
二：增加基因拷贝数
六：增加辅酶数量
三：选择不同区室
七：优化培养和生产条件
四：密码子优化
为了在酵母菌体内 实现该流程，对酵母菌 进行了2个方面的基因 工程改造。
碱性清洗缓冲液
混合培养物
黄花蒿（Artemisia annua Linn）又叫黄蒿，是菊科蒿属的 一年生草本植物，广泛分布在国内各省。为中国传统中草 药。其有效成分—青蒿素在抗疟方面与传统的奎宁类抗疟 药物具有不同的作用机理。“青蒿一握，水一升渍，绞取 汁尽服之”。《肘后备急方》
传统青蒿素的提取：
80年代以来，青蒿素的化学合 成、生物合成及组织培养相继成功， 但由于受率低、成本高而难以投入 工业化生产，目前青蒿素来源主要 是从青蒿中直接提取得到；或提取 青蒿中含量较高的青蒿酸，然后半 合成得到。然而青蒿素含量随产地 不同差异极大。除中国重庆东部、 福建、广西、海南部分地区外，世 界绝大多数地区生产的青蒿中的青 蒿素含量都很低，无利用价值。