分枝杆菌甾醇代谢途径重编程实现植物甾醇高效生物转化合成C22孕烷关键中间体

　　本研究通过系统性改造新金色分枝杆菌（Mycolicibacterium neoaurum）的甾醇降解通路，成功构建了高效合成C22甾体药物关键前体9-OH-3-OPCM的细胞工厂。通过敲除ChsE1-2/ChsH1-2阻断C19旁路，失活ChsE4-5/Opccr/SalA减少副产物，并筛选高效甲基转移酶（MT4b）强化转化效率，最终实现85.9%摩尔转化率，为甾体药物绿色制造提供创新策略。

　　

Highlight

Strains, primers and chemical reagents

本研究使用的菌株详见表1。质粒扩增选用大肠杆菌DH5α，新金色分枝杆菌ATCC 25795购自美国菌种保藏中心（ATCC）。标准品9-OH-3-OPCM及其他C₁₉/C₂₂甾体化合物购自南京腾逸生物科技有限公司和J&K化学技术公司。实验所用植物甾醇底物包含β-谷甾醇（65%）、菜油甾醇（30%）和豆甾醇（5%）。

Effect of deficiency of acyl-coenzyme A dehydrogenases ChsE1-2 and enoyl-coenzyme A hydratases ChsH1-2 on the production of 9-OH-3-OPCM

为阻断Δ¹-脱氢反应并积累9α-羟基化衍生物（图1），我们在前期研究中敲除新金色分枝杆菌ATCC 25795的三个KstD基因获得菌株WL01。为探究酰基辅酶A脱氢酶(ChsE1-2)对C₂₂甾体9-OH-3-OPCM积累的影响，在WL01中进一步敲除ChsE1-2基因（WP 030137141, WP 030137142）获得WL02菌株（MnΔKstD1/2/3&ΔChsE1-2）。显然，ChsE1-2的破坏显著改变了代谢通量分配。

Discussion

C₂₂甾体化合物被公认为合成甾体药物的关键前体。调控植物甾醇降解通路中的关键节点对于定向生物合成特定甾体分子至关重要。本研究通过精准调控这些关键节点，成功获得高产9-OH-3-OPCM的WL10菌株。

实验发现，在新金色分枝杆菌中联合敲除ChsE1-2和ChsH1-2是实现C₂₂甾体高效积累的关键策略之一。

Conclusion

本研究揭示了新金色分枝杆菌ATCC 25795将植物甾醇生物转化为9-OH-3-OPCM的分子机制。通过系统研究，鉴定了专门负责C₂₂甾体中间体生物合成的关键酶，并成功构建了具有高选择性和高产率的稀有代谢物9-OH-3-OPCM生产菌株。特别值得注意的是，通过对酰基辅酶A脱氢酶、甲基转移酶、醛缩酶和还原酶的精准调控，显著提升了目标产物的合成效率。