ギンセノシドの合成法に関する研究

Ginsenosides are のmaでactive ingredients のprecious 薬用herbs such as 人参と米国ginseng。 Modern pharmacological 研究have shown that ginsenosideshave good pharmacological activities such as anti-tumor、anti-inflammatory, anti-oxidatiにとinhibition のapoptosis [1]. Ginsenosides belong にのtriterpenoid class とare glycoside compounds formed によってのconnection のa glycoside precursor とa sugar. According to のaglycone, ginsenosidescan be divided into three types: one is のoleanane-type pentacyclic triterpenesaponでRo, whose aglycone is oleanolic acid; the other two are ginsenosidesのginsenol type (such as Rb1, Rb2, Rc, Rd, F2, Rg3, Rh2, etc.) とginsenosidesのthe triterpene type (e.g. Re, Rg1, Rg2, Rf, Rh1, etc.). Both types belong to the dammarane-type tetracyclictriterpene saponinsとaccount ためthe majority のginsenosides, making them the maでactive ingredients。 So far, more than 60 ginsenosideshave been isolated とtheir structures determined. Most のthe ginsenosidemonomers have significant pharmacological 効果とshow good 展望for new drug development. For example, Rg1とRb1 have anti-aging activity, とRg3とRh2 have anti-tumor activity [2].

のcontent のginsenosidesで人参とAmerican 人参is relatively low. Limited natural resources can hardly meetthe ever-increasing demとfor medicine とresearch and development. Moreover, long-term dependence on wild resources as a source のmedicine will inevitably lead to the depletion のnatural resources and seriously damage the ecological balance.のartificial cultivation of ginseng and American ginseng requires a 4-15 year growth and cultivation cycle, and faces problems such as pesticide residues, heavy metal pollution and species degradation. These are all constraints on large-scale cultivation. でorder to getrid of the dilemma of scarce medicinal resources and at the same time protect precious natural resources, でrecent years, domestic and foreign scholars have explored the 生of ginsenosides through tissue culture, bio変換and synthetic biology, and have achieved some results. This paper reviews these developments and looks ahead to the prospects for the 生of ginsenosides.

1高麗人参の資源不足を解決するために組織培養を用いた研究

Since the mid-20th century, many researchers have been devoted to the 研究of tissue 文化of ginseng and American ginseng, attempting to solve the problem of resource supply of these precious medicinal materials through tissue and セルculture, or to make rapid propagation possible through the obtainment of test tube seedlings. Regarding the 研究of tissue culture of ginseng and American ginseng, there have been many review articles でrecent years [3, 4]. 植物tissue and セルculture must ultimately establish large-scale culture methods – reactor culture – でorder to achieve industrial production. Japan has successfully carried out ginseng cell culture on a 20 000 L bioreactor at a rate of 100 kg per month for the 生産of food additives, and the composition of the ginsenosides でculture is almost exactly the same as that of cultivated ginseng roots [5]. South Korea has also made great 進歩でthe fermentation culture of ginseng adventitious roots and fibrous roots, and the scale of the reactor has reached 10,000 L [6]. 中国has developed the Ding Jiayi series of cosmetics through ginseng callus culture [7].

高麗人参と米人参の組織と細胞の培養の研究は比較的深く、細胞の培養、繊維状の根とクラウン胆嚢の培養、反応器の培養などの分野で進歩がありますが、 しかし、細胞株が不安定であること、培養スケールアップが困難であること、ターゲット製品の含有量が少ないこと、培養条件が複雑でコストが高いことなどの問題があります。したがって、人々を満たすためには、より適切な培養条件と工業化しやすい技術的方法を見つける必要があります'ですpharmaceutical and research and development needs for ginseng and American ginseng medicinal materials and ginsenosides.

2希少なギンセノシドやアグリコンの生合成に関する研究

様々なギンセノシドがパナックスの植物中に異なる量で存在し、異なる薬理作用を持つ。rb1やrg1などのいくつかのギンセノシドは非常に豊富であるが、rh1、rh2、rh3、rg3などの他のギンセノシドは、非常に少量しか存在しないまれなギンセノシドである[2]。多くの薬理学的研究により、希少なギンセノシドは一般的に優れた薬理活性を持つことが示されている。ギンセノシドの抗腫瘍活性が最も強く、糖塩基の数が増えると、ギンセノシドの抗腫瘍活性が徐々に低下する、つまり、protopanaxadiol >単糖glycosides >二糖类glycosides >広く存在glycosides >tetrasaccharide glycosidesできます。[8]代謝を研究体内でginsenosidesのパターンがも結果によると、大部分のginsenosides消化管に余念無く、それが雑やその第二ginsenosides ginsenosides deglycosylated薬理作用活動の強化率が高かったバイオアベイラビリティーginsenosidesより[まし]。

Rare ginsenosides and aglycones are present でvery small amounts でthe raw ginseng plant, cell cultures, adventitious roots and fibrous roots. In the past, they were mainly obtained によってphysically and chemically hydrolyzing the glycosidic bonds of ginsenosides, but the hydrolysis conditions were harsh, not easy to control, and produced many reaction by-products. In addition, a large amount of pollutants such as organic solvents, acids and alkalis were emitted, causing great harm to the environment. In order to avoid damaging the ecological environment and to obtaでresources for sustainable use, many researchers have used bio変換pathways to modify the sugar chaでstructure of ginsenosides in order to obtain rare ginsenosides and aglycones [12].

Bioconversion is a process that uses an organism (cells, organelles) or an enzyme as a catalyst to achieve chemical conversion. It is a chemical reaction in which a biological system (including bacteria, fungi, 植物tissues, etc.) modifies the structure of an exogenous substrate. Its essence is the catalytic reaction of an exogenous substrate using an enzyme produced によってthe organism itself. Biological trans形成has the advantages of being highly selective, using mild reaction conditions, 生産few by-products, being easy to process and environmentally friendly. In recent years, there has been an increasing amount of research on the biotransformation ginsenosidesの, with many meaningful results. The biotransformation of ginsenosides mainly involves the use of microorganisms or 酵素to modify the glycosyl structures at the C3 and C20 positions of ginsenol-type ginsenosides and at the C6 and C20 positions of triol-type ginsenosides, so that the higher content of ginsenosides can be hydrolyzed and directed converted into rare ginsenosides and aglycones [13]. The main methods of biotransformation are microbial transformation and enzymatic transformation.

2.1微生物変換

微生物変換法は低コストで、副生成物が少なく、広く利用されています。多くの研究者がギンセノシドのin vivo代謝をシミュレーションし、ギンセノシドの効果を発揮する本当の有効成分は、腸内細菌叢を介してギンセノシドを変換するアグリコンであることを発見し、新薬開発の基礎を築いた[14]。baeら[15]ギンセノシドを化合物kに変換できる乳酸菌を腸内フローラから単離した。 腸内細菌bacteroides sp.、eubacterium sp.およびbifidobacterium sp.によるrg3のrh2およびppdへの変換[16]。腸内細菌に加えて、ギンセノシドを生合成する微生物には、アスペルギルス属、ペニシリウム属、rhizopus属、粘液種などの真菌も含まれる。dongら[18]は、小さな糸状菌aspergillus niger(3.1858)とabsidia coerulea(3.3538)には、rg1からrh1への変換率が80.9%であることを見いだした。

傅Jianguo [19]used a large medicinal-food dual-purpose fungus to co-culture with American ginseng and ◆root extract, and biotransformed ginsenosides using solid-state fermentation. The results showed that the enzyme system secreted によってthe mycelium has the function of decomposing diol-type saponins,  はきわめて薄い分解機能triterpene saponins、複合kを生産できる成ら。【20】昔、Caulobacter leidyia、βを生産する-glucosidase、変換するginsenosideRb1 F2。bao haiyingら[21]は、rhizopus sp.を用いてギンセノシドreを最大92.16%のrg1、rg5、rk1に変換した。崔裕(チェ・ユル)ら[22]は、高麗人参の栽培地から4株を分離した。本研究では、高麗人参の総合サポニン(sfpg)を変換することにより、化合物kを変換できるフザリウム株を抽出した。  このひずみは高い特異性と高い変換効率を有し、化合物kの工業生産に新たな方法を提供する。

大Jun-gui etアル[23, 24] have also done a lot of work on the biotransformation of ginsenosides. Rg1and Rb1 were converted by Fusarium oxysporum Z-001, and a 計of 9 老廃物were obtained, of which 6α,   12β- dihydroxydammar-3-one-20 (S) -O -β-D-glucopyranosideと3a-oxa-3a-homo-6α、12β-dihydroxydammar-3-one-20 (S) -O -β-D-glucopyranosideは新しい化合物; Rg1 5代谢に換算した水色麹菌spのに使われているAS3.2462の3-oxo-7β-hydroxy-20 (S) -protopanaxatriol 3-oxo-7β、15α-dihydroxy-20 (S) -protopanaxatriol新しい化合物ができる。

2.2酵素変換

酵素変換法は、微生物変換法と比較して、反応サイクルが短く、汚染が少なく、生成物の純度が高く、制御性が強く、ある程度の特異性がある。異なる性質を持つ酵素は、異なるコンフォメーションや組成のグリコシド結合に作用し、それによって目的の生成物の標的となる形成を可能にする。koら[25]は、トリテルペン配糖体の混合物を様々な配糖体ヒドロラーゼで加水分解する研究を行った。混在の triterpene saponins麹菌由来のガラクトシダーゼとペニシリウム属のラクターゼの粗酵素溶液を用いて加水分解した。 それぞれ大量のrg2とrh1を生成する;ペニシリウム・デカンベンス由来のナリンギナーゼの粗酵素抽出物を用いてトリオール型サポニン混合物を加水分解すると、腸内代謝物f1と少量の20(s)- pptが生成した。これは、rg2、rh1、f1を酵素加水分解により効率よく合成した初めての報告である。以降の研究に転換のdiol配糖体をブレンドし、各種glycosidaseた酵素の解決法原油酵素麹菌から酵素によるβ-galactosidaseからcellulase Trichoderma virideがF2転換、複合KRdされている。 これは、ジオール型サポニンの混合物を用いてf2とrg3を大量に酵素調製した初めての報告である[26]。

柳etアル【27】used crude glycosidase obtained からAspergillus niger to convert Rg3 (R) to PPD (S, R), with a conversion rate of up to 100%; and converted Rf to 20(S)-PPT with a conversion rate of 90.4% [28]. The research group of 金Fengxie [29]has carried out a lot of work on the 生産of the rare saponin Rh2 by enzymatic conversion. Using the newly discovered ginsenosideβ-glucosidase, the glycosyl group of ginsenoside diol type was partially hydrolyzed to produce Rh2 and other saponins. They screened and bred enzyme-producing engineered bacteria, developed a separation and purification technology for the secondary saponins of enzymatic conversion products,  rh2は酵素変換によって工業的に生産される。この方法がとられ生産実践に示すの換算率60%以上ginsenoside(昭和24年)からRh2制作diol、Rh2の純度90%、フェイスのRh2のと収益率より0.5%以上を、人参素材から500倍収穫は紅参だ。反応後の酵素の回収率は60%である。

近年、遺伝子工学技術の発展に伴い、大腸菌にグリコシダーゼ遺伝子を導入する試みが行われている。高発現によって得られた組換え酵素によって、ギンセノシドの生体内変換がいくつか進展している。能ら[30]βを譲って-glycosidase遺伝子クローンSulfolobusから? ?大肠菌に植え付けるsolfataricusですね。得られた組換え酵素は変換することができた根人参エキスKに化合物 変換率は80.5%です。兪炳圭(ら)[31]βを譲って-glycosidase遺伝子クローンPyrococcusからfuriosus ? ?大肠菌に生じる组换え酵素まず複合Kに根人参エキス変換の換算率、肯定的な評価が79.5%に乗るaglycone PPD、換算率100%のたことで,歩留まりginsenosidesから届く1.8 g・L-1。本研究で得られたkとギンセノシドの収率は、文献中で最も高いことが報告されており、工業化の可能性が高い。

相当な進展はginsenosidesのbiotransformation産業化するために、高収益株酵素画面が必要具体的に変換できるか、组换えを受け高い酵素変換活動遺伝工学を通じて、そして確立産業生産条件適している。これは、ギンセノシド誘導体の大規模生産や革新的な医薬品の研究に大きな意義があります。

3ギンセノシドの合成生物学研究の探索

天然医薬品の合成生物学は、天然医薬品の生合成に関わる成分を発見・特徴づけ、工学的原理を用いて設計・標準化し、それらをシャーシ細胞内に集積・統合することで生合成経路や代謝ネットワークを再構築するというゲノム研究に基づいています。目標とする有効な医薬品成分の効率的な異種合成を達成し、天然医薬品の研究、開発、製造における一連の主要な問題を解決するために[32]。天然薬物の設計と合成の分野では、合成生物学の適用は、代謝経路のより正確な制御を可能にする。天然物生合成経路を遺伝子操作することで、革新的な天然物ベースの薬剤分子を生成することができます。重要な天然薬を生産することができる合成「スーパー生産者」も設計し、製造することができます。所望のターゲット化合物は、「スーパー生産者」を発酵させるだけで直接得ることができます。 and is expected to become one of the most promising green technologies for drug production in the future. It can effectively solve the resource problems that may be caused by the research and development of natural drugs からplants. At present, synthetic biology has made great progress in the manufacture of some medicinal natural products.

wang weiら[33]は、中国イチイから初めてタキサン合成酵素遺伝子をクローンし、これをsaccharomyces cerevisiaeに導入することで、タキサン生合成経路を構築した。組換え細菌は、タキサン(パクリタキセルの前駆体)を直接生産することができ、タキサン化合物の合成生物学研究の基礎を築いた。ajikumarら[34]は、大腸菌を用いてパクリタキセル&の発酵生産を実現しました#39の主要前駆体、タキソール。fedバッチ栽培により収量は1 g・l-1に達し、パクリタキセル生合成の他のステップをさらに最適化することで、最終的には合成生物学によるパクリタキセルの大規模調製が達成されることが期待されます。

kong jianqiangら[35]は、アルテミシニンの生合成に関連する遺伝子をsaccharomyces cerevisiaeに移植して、アルテミシニン前駆体であるzhishuihuai-4, 11-ジエンおよびアルテミシニン酸を得た。さらに、ジシュイ淮- 4,11-ジエン合成酵素は、完全に遺伝子的に最適化されており、ジシュイ淮- 4,11-ジエン合成酵素およびの触媒効率を大幅に向上させた これは、アルテミシニン-4,11-ジエンの作出量を大幅に改善する。westfallらは、アルテミシニン-4,11-ジエンの生産のためにsaccharomyces cerevisiae遺伝子組み換え株を作製した。バッチfed-batch培養によって40 g・l-1の収量に達することができ、アルテミシニンの直接前駆体であるジヒドロアルテミシニン酸に合成する。 総生産高は48.4%。これにより、アルテミシニン前駆体を合成生物学的に大量に調製することが可能となり、アルテミシニンの合成経路が簡略化され、生産コストが大幅に削減される。

In recent years, research on the 生pathway of ginsenosides and ◆reaction mechanism has made some progress, laying the foundation for the production of ginsenosides through synthetic biology technology [37, 38]. The ginsenoside生pathway includes more than 20 consecutive enzymatic reactions (Figure 1). The key enzymes are 3-hydroxy-3-methylglutaryl-CoA reductase (HMGR), farnesyldiophosphate シンターゼ(FPS), スクアレンシンターゼ(SS), squalene epoxidase (SE), and dammarenediol-II シンターゼ(DDS). FPS), squalene シンターゼ(SS), squalene epoxidase (SE), dammarenediol-II synthase (DS), AS), cytochrome P450(CYP450) and glycosyltransferase (GT), etc.

3.1 3-Hydroxy-3-methylglutaryl-coenzyme

 レダクターゼ(hmgr) hmgrは、ギンセノシド生合成経路の最初の律速酵素として認識されている。テルペノイド合成の過程で最初に機能する重要な酵素です ippとギンセノシドの前駆体であるdmappの産生に影響を与えることにより、ギンセノシドの生合成に影響を与える。wuら[39]は、4歳の米国人参の根からhmgr遺伝子をクローンした。このタンパク質は589個のアミノ酸から構成されている。バイオインフォマティクス解析により、hmgrは2つの膜貫通ドメインと1つの触媒ドメインを持つことが示された。この遺伝子は、多くの植物からクローニングされたhmgr遺伝子、特にカメリアsinensisのhmgr遺伝子と高い相同性を持ち、その相同性は83.8%である。カメラ・シネンシスのモノテルペンインドールアルカロイドであるキャンプトテシンの生合成は、メバロン酸(mva)経路を通らなければならない。  hmgr遺伝子はギンセノシドの生合成に密接に関連していることが推測される。

3.2ファルネシル二リン酸シンターゼ(fps)

kimらは[40]、高麗人参の根からfpsをコードする遺伝子をクローンしたが、そのコードされたアミノ酸配列は、シロイヌナズナ、ゴム、ヨモギ、アカシアのfpsとそれぞれ77%、84%、87%、95%の相同であった。韓国人参にはfpsをコードする遺伝子が2つ以上あることが明らかになった。この遺伝子組換えタンパク質は、大腸菌でpgfpsを発現させることにより、fps活性を有することを確認しました。人参の毛根をジャスモン酸メチルで処理すると、pgfpsのmrnaレベルとfpsの活性の両方が上昇することが明らかになった。ジャスモン酸メチルは、高麗人参の根懸液細胞にギンセノシドの蓄積を誘導することがこれまでに報告されている[41]。

金etアル[42]also overexpressed PgFPS からginseng in hairy roots of ツボクサはasiatica and found that the mRNA level of the damaran synthase in Centella asiatica was significantly increased, and the production of the triterpene saponins madecassoside and asiaticoside increased transiently. The above 研究show that FPS plays an important role in the biosynthesis of triterpenoids and is an important component for improving ginsenosideproduction using synthetic biology techniques.

3.3スクアレンシンターゼ(ss)

SS is located at a branch point of the isoprenoid pathway and 同時に皮膚the initial step in the synthesis of sterols and triterpenoids. Its content and activity play a very important role in the production of ginsenosides. 李etアル[43]cloned the SS 遺伝子PgSS1 からa cDNA library constructed からginseng leaves. This gene is 84.1%, 75.78%, 81.45% and 71.33% homologous to the SS 遺伝子in soybean, Arabidopsis, tobacco and rice, respectively, with 84.1%, 75.78%, 81.45% and 71.33% homology. A plant 表情ベクトルfor the SS gene was constructed, and the expression of the gene was up-regulated by transforming ginseng to obtain adventitious roots. The results showed that the expression of all downstream 遺伝子was up-regulated, which led to an 増加in sterols and ginsenosides, indicating that SS plays a regulatory role in the biosynthesis of both sterols and ginsenosides.

金etアル[44]cloned two other PgSS1 homologous genes, PgSS2 and PgSS3, from an expressed sequence tag (EST) library constructed using adventitious roots as the materiアルFunctional complementation 分析showed that PgSS1, PgSS2 and PgSS3 can all restore the ergosterol prototrophic phenotype of a Saccharomyces cerevisiae SS gene defective mutant. In situ hybridization analysis showed that the transcription levels of these three genes in 異なる機関of ginseng were different. These results indicate that the three SS genes have different expression patterns but are all 関与in the synthesis of squalene in ginseng. ソetアル[45]transferred the SS gene of ginseng into the callus of Siberian ginseng by Agrobacterium tumefaciens to express the final metabolites. The results showed that enhancing the activity of ginseng SS significantly increased the production of sterols and also increased the production of triterpenoid saponins. It is therefore inferred that SS is a key enzyme in the synthesis of ginseng saponins. Increasing the expression of SS not only promotes the conversion of FPP to squalene, but also upregulates the activity of other downstream enzymes, thereby increasing the production of sterols and triterpenoids.

jiang shicuiら[46]は、高麗人参のss遺伝子に基づいてsenseおよびantisenseフラグメントプライマーを設計し、ss遺伝子干渉発現ベクターを構築した。このベクターは、agrobacteriumを介した形質転換によって高麗人参カルス組織に変換された。形質転換されたカルス組織のss遺伝子発現量は減少し、サポニン含有量も変化した。 ssはギンセノシドの生合成経路の重要な酵素であり、ss遺伝子の発現を阻害することでギンセノシドの産生が調節されると推測されている。したがって、合成生物学的手法を用いてギンセノシドの生産を改善するためにも、ssは非常に重要な成分である。

3.4スクアレンエポキシダーゼ(se)

seはステロールとトリテルペノイドの生合成の最初の酸化反応を触媒し、その合成におけるレート制限酵素の1つであると考えられている。[47]高麗人参の葉と不定根から構成されたcdnaライブラリーから、2つのse遺伝子pgsqe1とpgsqe2をそれぞれクローニングした。 pgsqe1 rna干渉(rnai)技術を用いて、遺伝子組換え人参の根でpgsqe1をサイレンシングすると、pgsqe2とシクロアルテノール合成酵素(cas)の発現が有意に上昇し、ステロール含有量が増加することが明らかになった。これらの結果から、pgsqe1とpgsqe2は異なる制御機構を持っており、pgsqe1はギンセノシドの合成にのみ関与し、ステロールの生産には関与していないことが示された。jiang shicuiら[48]は、米国人参の異なる組織および器官における総サポニンおよび単量体サポニン含有量の違い、およびこれとssおよびse遺伝子の発現レベルとの関係を調べた。 その結果、14の組織・臓器でss遺伝子とse遺伝子の発現レベルが有意に異なり、ギンセノシドre、rg1、rb1、rdおよび総ギンセノシドの含有量と有意な正の相関があることが判明した。このことは、ギンセノシド合成経路においてssとseが極めて重要な役割を果たしていることを示しています。

3.5ダムマレネジオール- iiシンターゼ(ds)とa-アミリンシンターゼ(as)

The 2,3-oxidosqualene cyclization catalyzed by oxidosqualene cyclase (OSC) is a key site in the biosynthesis of triterpenoid saponins and sterols. OSC forms a multigene family, and oxidosqualene cyclization can produce more than 100 triterpenoids with different skeletons. OSC genes have been cloned from various plants. Two OSC genes 関連to ginsenoside synthesis have been cloned from ginseng: the DS and AS genes, which are the key enzyme genes for the synthesis of ginsenosides of the damarane and oleanane types, respectively. 釧路etアル[49]used ginseng hairy roots as material to prepare microsomes,  2, 3-オキソ-スクアレンをin vitroでdammarane-iiに環化できることが発見された。tansaklら[50]は、osc遺伝子の保存された配列に基づいて変性プライマーを設計し、高麗ニンジンの根からds遺伝子pnaをクローンした。saccharomyces cerevisiaeに転移された後、この遺伝子はdammarane-iiの生産を触媒することができる。

hanら[51]構築されたestライブラリーからds遺伝子ddsをクローンした人参花を用いこれは前述のpna遺伝子配列と一致しています。酵母がdds遺伝子で形質転換してダマレネiiとヒドロキシダマレノンを作ることがわかった。 ジャスモン酸メチルはdds遺伝子の発現を増加させる;rnai技術を用いてdds遺伝子をサイレンシングすることで、高麗人参の根のギンセノシドの産生量をオリジナルの84.5%まで減らすことができる。leeら[52]はdds遺伝子をタバコに移植し、これによりダマラン型ギンセノシドが産生され、タバコのタバコモザイクウイルスに対する抵抗性が有意に改善した。これらの結果は、dsがギンセノシドの生合成経路において非常に重要な役割を果たし、合成生物学的手法を用いてダムマラン型ギンセノシドを得るための重要な成分であることを示している。asは2,3-オキシドスクアレンの環化を触媒してエウデスマノリドを形成し、オレアナン型ギンセノシドの合成に見られる唯一の重要な酵素である。

釧路ら[53]は、チョウセンニンジンの毛根からasのcdna配列をクローンし、pnyを出芽酵母saccharomyces cerevisiaeに移植してギンセノシドrb1の合成を触媒した。趙守敬(チョ・スギョン)ら[54]も高麗人参の根からas遺伝子をクローニングし、as遺伝子に対するアンチセンス植物発現ベクターの構築に成功した。as遺伝子のアンチセンス発現ベクターを確立し、アンチセンスrna技術を用いてas遺伝子の発現を阻害することにより、代謝の流れは主にダマラン型トリテルペンサポニン分岐に向けられ、ギンセノシドの含有量が増加する。

3.6シトクロムp450 (cyp450)

cyp450は、ギンセノシドのトリテルペン炭素骨格の水酸化や酸化といった複雑な修飾を行うため、ギンセノシド生合成経路の鍵となる酵素である。近年次世代シーケンシング技術とバイオインフォマティクス解析を用いて ギンセノシド生合成に関与する関連cyp450がスクリーニングされ、候補遺伝子の生物学的機能が検証され、ギンセノシド生合成経路がさらに解明された[55]。hanら[56]は、jasmonateメチルに誘導された高麗人参不定根についてトランスクリプトームシーケンシングを行い、スプライシング、アノテーション、増幅により全長cyp450遺伝子候補を9つ得た。このうち、cyp716a47遺伝子は、ジャスモン酸メチルの発現を亢進させることでジャスモン酸メチルの誘導に応答するだけでなく、ss遺伝子を過剰発現させた高麗人参に移植して、高麗人参の根のギンセノシドの産生を増加させた。cyp716a47遺伝子をsaccharomyces cerevisiaeに変換し、発現された組み換えタンパク質は、ダマレネジオール- iiのc-12位の水酸化を触媒してプロトギンセノールに変換することができる。dsとcyp716a47を同時にsaccharomyces cerevisiaeに移行させ、組換え株からプロトパナサジオールの産生を検出した。高麗人参のサポニン合成に関与するcyp450を機能的に確認したのは今回が初めてだ。

陳Shilin's [57]research group applied high-throughput 454GS FLX sequencing technology to conduct a transcriptome study of ginseng, American ginseng and Panax notoginseng, and mined CYP450 from a large amount of transcriptome data, providing an important basis for further screening of CYP450 involved ginsenosideでsynthesis. 太陽etアル[58]performed high-throughput sequencing on American ginseng roots and  そして、スプライシングとアノテーションを行って150個のcyp450を得た。最も発現量の高いcyp450を27個選択し、ジャスモン酸メチル誘導実験を行った。根、茎、葉、花の各組織のうち、contig00248遺伝子のみがdsと同じ発現パターンを示した。contig00248の転写産物は系統学的にシロイヌナズナのcyp88ファミリーに近い。この論文では、contig00248転写物を、ダマスクロン- iiまたはプロトパナキサジオールの酸化のための重要なcyp450候補として使用している。

luoらは、ハイスループットシークエンシングを行い、その後、15の長さのcyp450を組み立て、注釈付けし、増幅した。このうち、pn00158転写産物は、米国人参候補cyp450 contig00248転写産物との類似性が高く、機能的に確認されている高麗人参cyp716a47アミノ酸配列との相同性が97.95%と高い。これは、pn00158がパナックス社のギンセノシド生合成に関与するcyp450である可能性が非常に高いことを示唆している。[60]ジャスモン酸メチルに誘導された人参adventitious root estライブラリーからクローンされたcyp716a53v2、およびsaccharomyces cerevisiaeで発現された組み換えタンパク質は、プロトギンセノライドのc-6ヒドロキシ化を触媒してプロトギンセノライドに変換することができる。以上のギンセノシド関連cyp450の研究成果は、ギンセノシド生合成経路の研究を大きく前進させ、合成生物学的手法によるギンセノシド生産の探索に重要な要素を提供した。

Glycosyltransferaseは3.7点(GT)

gtによって触媒されるグリコシル化反応はギンセノシドの生合成の最終段階である。主な過程は、ヌクレオシド二リン酸の活性糖分子がギンセノシドアグリコン基質に転移し、グリコシド結合を形成することである。グリコシル化はギンセノシドの安定性と水溶性を向上させることができ、この過程はギンセノシドの多様性を決定する。植物においても、gtsは高い特異性を持つ遺伝子ファミリーの形で存在する。異なる糖部分の移動または異なる糖受容体への移動には、異なるgtsが必要です。chenらは、まず高麗人参の毛根からgtを単離し、sds-pageを用いてその分子量を56.6 kdと決定した[61]。 and ◆enzymatic characteristics were preliminarily studied. Yue etアル[62]isolated and purified a GT from Panax notoginseng suspension cells, which can convert Rdto Rb-1. However, there has been no report of cloning a GT gene from Panax plants. Glycosylation is the most downstream step in the ginsenoside生pathway, and in-depth research is of great significance for selectively obtaining highly valuable ginsenosides.

In summary, significant progress has been made in the study of the basic framework of the ginsenoside biosynthesis pathway and the 関連enzymes. More than 20 genes encoding enzymes related to ginsenoside biosynthesis have been cloned from ginseng and American ginseng and other 植物in the genus Panax and functionally verified, providing the basic biological components for the production of ginsenosides through synthetic biology techniques and laying a good foundation for this research.

saccharomyces cerevisiaeは一般に、ギンセノシド生合成に関与する主要な酵素をコードする遺伝子の機能を検証するためのシャーシ細胞として用いられる。Saccharomyces cerevisiaeが優秀なシャシーに必要な細胞特徴などという場合は、簡易な成長能力が培地栄養素しろ規模やすい生産バイオリアクター」を使用して複数nutrient-deficientタイプから選ぶことができ、と複数選択可能なマーカーを使う。 特に、saccharomyces cerevisiaeによって固有のmva経路で生産される2,3-oxidosqualeneは合成ギンセノシドの前駆体である。これは、saccharomyces cerevisiaeにおけるギンセノシド代謝経路の構築に非常に便利である。さらに、いくつかのギンセノシドのグリコシル基は薬理作用に必要ではないため、グリコシルが脱グリコシル化されたギンセノシドのアグリコンの薬理活性はギンセノシドよりも強い。したがって、合成生物学によってギンセノシドアグリコンを直接得ることも重要である。

4結論

高麗人参、アメリカ人参とそのサポニンは、医学と研究開発の需要が増えているため、研究のホットスポットとなっています。これらの分野では一定の進展が見られた。高麗人参と米人参の人工栽培のほかにも、高麗人参サポニンを入手するためのいくつかの方法が国内外で報告されている。その中には高麗人参の組織培養、生体改造、合成生物学技術などが含まれている。組織培養は現在、薬物源の問題を解決するための重要な方法です。代謝経路を考えるとginsenosidesギンセノシドの合成を改善し、高収量の細胞株を得るために遺伝子工学技術によってキー酵素遺伝子の発現を増加させることができることが徐々に明らかになり、それにより、医療や研究開発の高まる需要をより効果的に緩和することができます。生物転換は、希少なギンセノシドとそのアグリコーンを得ることに優れた利点があり、天然植物には存在しないギンセノシド誘導体を得ることも可能である。ギンセノシドの合成生物学研究も、広い開発の見通しを持つ有望なアプローチである。

ギンセノシドの生合成は、複数の要因によって制御される複雑で動的な過程である。を達成するためにginsenosidesという目標を合成生物学を通じて譲渡其ノ善後策ハ独リ旧態ヲがクローン関連鍵酵素を対象に適したシャシーの遺伝子細胞人為的遺伝子修正できるようにheterologous及び高効率な表情が投稿した深く鉱業を行うも規制ginsenoside代謝ネットワークを規範化する遺伝子、スイッチが見つかれが吹っ飛んだために代謝ネットワーク全体 これにより、代謝経路全体の遺伝子の全体的な発現レベルを改善し、より効果的にギンセノシドの生産を増加させる。これまでのところ、ギンセノシドの合成生物学研究は、生体成分の獲得や機能の検証という点で大きな進展が見られているが、シャシー細胞の修飾や代謝経路の構築に関する研究はまだ始まったばかりである。したがって、関連する分野が連携して本研究の発展を共同で推進すべきである。

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