西红花苷主要依赖于植物化学分离提取，但面临提取工艺复杂、提纯成本高、污染严重等问题。西红花苷III的化学合成已被报道，但其合成路线长、操作繁琐、产率极低，无法满足需求。因此，西红花苷生物合成途径及其合成生物学研究备受关注。
中国医学科学院本草基因组协同创新团队首席专家宋经元研究员课题组，通过构建大肠杆菌细胞工厂实现五种西红花苷的生产。相关研究成果以In vivo production of five crocins in the engineered Escherichia coli为题于2020年3月27日在ACS Synthetic Biology杂志在线发表，并被选为期刊的封面文章。
研究发现栀子来源的两个糖基转移酶 （GjUGT94E13和GjUGT74F8） 能够在大肠杆菌中实现催化西红花酸生成五种西红花苷。结合过表达葡萄糖-6-磷酸变位酶pgm基因和UDP-葡萄糖焦磷酸化酶galU基因，加强大肠杆菌内源UDP-葡萄糖生物合成途径，提高其内源UDP-葡萄糖含量，进而提高西红花苷产量。工程菌条件优化实验表明50 mM NaH2PO4-Na2HPO4 缓冲液 (pH 8.0) 加5%葡萄糖是西红花酸糖基化效率最高的反应条件。通过GjUGT94E13和GjUGT74F8的催化，西红花酸 (50 mg/L) 到五种西红花苷的转化率达到59.6％，远高于已报道的微生物UGT的催化活性。
因此，该研究不仅表明植物来源的UGT可以实现五种西红花苷的高效率生产，而且为五种西红花苷的合成生物学研究提供重要参考，同时将推动西红花苷药物开发及临床应用，为中药资源可持续发展奠定基础。
中国医学科学院药用植物研究所博士生浦香东为论文第一作者，徐志超副研究员和宋经元研究员为通讯作者。中国医学科学院药物研究所，重庆市药物种植研究所的相关研究人员为共同作者。该研究得到国家自然科学基金、中国医学科学院医学与健康科技创新工程等项目资助。
https://pubs.acs.org/doi/10.1021/acssynbio.0c00039
