安徽医科大学药学院浦香东副教授组联合中国医学科学院药用植物研究所宋经元研究员组基于蛋白半理性设计，筛选西红花苷生物合成限速酶GjCCD4a高效突变体，构建大肠杆菌工程菌株首次实现从葡萄糖至五种类型西红花苷的异源合成，研究成果以Construction of a high-efficiency GjCCD4a mutant and its application for de novo biosynthesis of five crocins in Escherichia coli为题于2024年07月19日在中科院一区杂志International Journal of Biological Macromolecules发表。西红花苷为名贵中药西红花的主要活性成分，在治疗神经退行性疾病（如阿尔兹海默症、抑郁症等）及心脑血管疾病方面作用显著，但西红花苷资源匮乏、化学提取成本高、价格昂贵，极大限制了其药物开发及临床应用。宋经元研究员团队于2020年破译栀子（Gardenia jasminoides）基因组并解析栀子西红花苷下游完整生物合成途径，挖掘得到关键酶GjCCD4a，GjALDH2C3，GjUGT74F8及GjUGT94E13（BMC Biology，2020，https://doi.org/10.1186/s12915-020-00795-3）；团队在此基础上利用GjUGT74F8/94E13构建大肠杆菌微生物细胞工厂，采用饲喂西红花酸底物的方式生产五种西红花苷，研究论文以封面文章发表于ACS Synthetic Biology（2020，https://doi.org/10.1021/acssynbio.0c00039），为西红花苷从头合成研究奠定坚实基础；此外，团队对于远缘植物西红花与栀子特异性积累西红花苷的科学问题开展研究，通过绘制番红花（Crocus sativus）基因组，结合比较基因组学揭示西红花苷生物合成独立进化分子机制（Acta Pharmaceutica Sinica B，2024，https://doi.org/10.1016/j.apsb.2023.12.013）。西红花苷合成生物学研究在国际上备受关注，然而现有工程菌株产率较低，难以满足工业生产需求。鉴于此，研究团队推测参与西红花苷生物合成的类胡萝卜素裂解双加氧酶（CCD）催化效率低下严重限制了其下游产量，亟待开展创新性研究。 该研究基于本草基因组学，采用“限速酶改造-多酶复合体构建-合成生物学生产”的策略开展研究，研究团队通过MBP标签融合表达技术突破CCD蛋白可溶性表达问题，论文发表于International Journal of Molecular Sciences （2023，https://doi.org/10.3390/ijms242015090）；利用蛋白截短、蛋白建模、分子对接、关键氨基酸位点突变等研究，筛选得到催化活性较野生型GjCCD4a提升25.08倍的西红花苷生物合成限速酶突变体N212m。
