近日，实验室在合成生物学与代谢工程领域取得积极进展。实验室药学合成生物学团队成功在工程酵母中实现了中草药活性成分——美迪紫檀素（medicarpin）的从头合成，为高价值黄酮类化合物的绿色、可持续生物制造提供了关键技术支撑。相关成果已发表于《BioDesign Research》。

美迪紫檀素是一种具有抗肿瘤、抗菌等多种药理活性的异黄酮类化合物，主要分布于豆科植物中。传统提取方法受植物生长周期长、有效成分含量低等因素制约，化学合成则存在步骤繁琐、成本高昂等问题。为此，研究团队运用合成生物学策略，成功构建了从葡萄糖出发、经多步代谢途径合成美迪紫檀素的酵母工程菌体系。

团队通过对酵母内源基因进行精准突变与过表达，强化了上游莽草酸途径及芳香族氨基酸合成通路，同时整合了来源于植物和微生物的多个外源基因，系统重构了异黄酮的生物合成途径。经过多轮代谢优化与基因拷贝数调控，最终获得的工程菌株GlaN26在摇瓶发酵中可实现美迪紫檀素产量157.55 ± 17.05 µg/L。

该研究不仅实现了美迪紫檀素的微生物从头合成，也为其他结构复杂的植物源活性成分的生物制造提供了新思路与技术范式。研究过程中，团队通过系统优化前体供给、酶催化效率及代谢通量平衡，充分展现了多学科交叉融合在合成生物学研究中的重要作用。

工程酵母合成有望取代传统种植提取获得美迪紫檀素

药学合成生物学团队近年来在中草药活性成分的生物转化与合成领域持续取得突破。团队不仅挖掘利用益生菌（Probiotics and Antimicrobial Proteins, 2025，10.1007/s12602-025-10692-2）对黄芪（Food Bioscience, 2025, 63: 105781）、银杏叶（Future Food，2025, 12:100764）等多种中草药进行发酵处理（iMeta，2023, e93），显著提升了活性成分的生物利用率，还通过合成生物学方法实现了环黄芪醇（Engineering Microbiology，2025, 5(3):100227）等中草药活性成分的从头合成。2024年，团队成员主编并在Elsevier出版了两本植物天然产物合成生物学专著（Elsevier 2024. ISBN: 978-0-44-315558-1和Elsevier 2024. ISBN: 978-0-44-315584-0）。在此基础上，团队创新性提出“中草药生物炮制”理念（The Innovation Life，2025, 3:100168）。

“中草药生物炮制”理念以中草药绿色种植（如应用RNAi生物农药）与益生菌资源库建设为基础，将益生菌发酵技术引入中草药加工过程，通过生物转化提升活性成分含量与功效强度；同时，借助合成生物学手段，利用工程酵母等微生物系统从头合成关键活性分子，进一步强化中草药的整体药效。中草药生物炮制系统整合了绿色种植、益生菌发酵和合成生物学等前沿技术，有效克服了传统炮制方法中存在的成分不稳定、工艺复杂、资源依赖性强等问题，通过“增效、减毒、矫味”全面提升中草药品质与适用性，推动其走向精准化临床应用与可持续发展。

中草药生物炮制及其应用（The Innovation Life，2025, 5(3):100227）

目前，团队已构建了从中草药资源挖掘、代谢途径理性设计到功能型大健康产品开发的完整技术链条，并成功开发出多款基于中草药生物炮制理念的产品，为中草药现代化与国际化提供了重要科技支撑。

该研究获得国家自然科学基金等项目资助。魏勇军副教授和李成伟教授为论文共同通讯作者，牛文慧为第一作者；张婧娴、英国诺丁汉大学张颖研究员、河南工业大学孙忠科教授等参与完成该研究。

文章链接：https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S2693125726000014