图1 工程大肠杆菌中生物合成5-HTP的代谢途径示意图
为实现微生物高效生产5-羟色氨酸，浙江大学徐志南和连佳长实验室通过代谢工程改造大肠杆菌，实现5-HTP的从头生物合成。在摇瓶中的效价达到1.3g/L，在以甘油为碳源的补料分批发酵罐中效价达到5.1g/L。相关研究在线发表在6月19日的《metabolic Engineering》杂志上。
5-羟色氨酸（5-hydroxytryptophan，5-HTP）是神经递质5-羟色胺生物合成的前体，5-HTP可有效治疗多种疾病，如抑郁症、纤维肌痛症、肥胖症和小脑性共济失调。然而目前缺乏有效合成5-HTP的方法，商业生产5-HTP是从加纳籽（Griffonia simplicifolia）的种子中提取而来。
为实现微生物高效生产5-羟色氨酸，研究通过包括蛋白质工程、质粒拷贝数操作和转录微调的组合代谢途径工程策略，实现大肠杆菌高产5-羟色氨酸。研究在大肠杆菌中首先功能性表达人源色氨酸羟化酶I（TPH1）基因，并重建人四氢生物蝶呤（BH4）的生物合成和再生途径，以供应辅因子BH4（如图1）。全细胞生物转化后，在摇瓶中静态细胞催化2g/L的L-色氨酸可以产生1.2g/L的5-HTP。进一步代谢工程改造实现从简单的碳源生物合成5-HTP。
整个生物合成途径分为三个功能模块：L-色氨酸模块、羟化模块和BH4模块。研究通过减少L-色氨酸模块的拷贝数，用更稳定的突变体取代羟化模块中的TPH1，结合BH4模块的启动子调节，最终在摇瓶中的效价达到1.3g/L，在以甘油为碳源的补料分批发酵罐中效价达到5.1g/L，这是目前已报道的微生物生产5-HTP的最高产量。
