莱茵衣藻（Chlamydomonas reinhardtii）中芳香前体转移酶NphB的功能表达揭示了大麻素生物催化领域的挑战 Serge Basile Nouemssi, Ayoub Bouhadada, Rémy Beauchemin, Alexandre Custeau, Sarah-ève Gélinas, Natacha Merindol, Fatma Meddeb-Mouelhi, Hugo Germain, Isabel Desgagné-Penix

《Catalysts》：Functional Expression of the Aromatic Prenyltransferase NphB in Chlamydomonas reinhardtii Highlights Challenges in Cannabinoid Biocatalysis Serge Basile Nouemssi, Ayoub Bouhadada, Rémy Beauchemin, Alexandre Custeau, Sarah-ève Gélinas, Natacha Merindol, Fatma Meddeb-Mouelhi, Hugo Germain and Isabel Desgagné-Penix

　　

摘要

大麻素是一类高价值的生物活性化合物，其可持续生产仍然面临挑战，这促使人们关注生物催化和微生物平台作为植物提取的替代方法。在这项研究中，我们研究了光合微藻Chlamydomonas reinhardtii中两种关键大麻素相关酶的异源表达和功能：一种来自Streptomyces属的芳香前体转移酶NphB_G286S/Y288A，另一种来自Cannabis sativa的大麻二酚酸合成酶（CBDAS）。通过多种构建体和启动子将经过密码子优化的基因引入C. reinhardtii的核基因组中，并生成了稳定的转化体，对其基因组整合、转录积累、蛋白质生产、酶活性以及大麻素相关代谢产物的形成进行了表征。虽然在PSAD启动子的控制下实现了NphB蛋白的积累，但在所有测试条件下均未检测到CBDAS的蛋白质表达。使用来自表达NphB的藻类可溶性蛋白提取物进行的体外酶活性测定证实了其催化活性，能够生成大麻萜酚酸（CBGA），产量高达633 ± 58 μg L^?1。然而，尽管添加了底物，在体内仍未检测到CBGA的产生。这些结果表明，虽然细菌来源的前体转移酶可以在C. reinhardtii中正常表达，但体内的有效代谢转化受到细胞和生化限制的影响，包括底物可用性、细胞内区室化以及与内源性途径的潜在竞争。相比之下，无法检测到CBDAS的存在突显了在这种光合宿主中表达复杂植物氧化环化酶所面临的挑战。总体而言，这项工作为微藻系统中酶的兼容性和代谢瓶颈提供了机制上的见解，并为未来开发用于大麻素生物催化的光合平台指出了关键考虑因素。