近日，本室钟建江教授团队在《Cell Discovery》期刊发表了题为“Decoding and reprogramming of the biosynthetic networks of mushroom-derived bioactive type II ganoderic acids in yeast”的研究论文。该研究解码了 II型灵芝酸（TIIGA）的完整生物合成网络，实现了30余种活性TIIGA的从头生物合成，其产量/产率相比传统蘑菇栽培提高1-4个数量级。上海交通大学博士生王钦为论文第一作者，本室肖晗副研究员为通讯作者，钟建江教授、石婷研究员等为本研究提供重要帮助，本室为第一单位。

灵芝酸作为著名食药用高等真菌灵芝的核心活性成分，其相关产业发展势头强劲，2024年灵芝产品的产值已突破50亿美元，年增长率稳定维持在9%。早在20余年前，钟建江教授团队便率先研发出灵芝菌丝体发酵技术，并联合药效药理研究团队展开系统研究，最终发现以灵芝酸T为代表的多种TIIGA，在抑制肿瘤细胞转移、抗炎及免疫调节等方面展现出优异活性，应用潜力极大。然而，当前产业发展仍面临关键瓶颈：高活性灵芝酸的定向生产技术尚未突破，其核心症结在于灵芝酸生物合成途径中的关键酶及其催化机制至今尚未明确，这极大限制了灵芝产品的规模化应用与价值挖掘。

实验室前期已鉴定出参与合成C26连续氧化的CYP5150L8(Biotechnol Bioeng, 2018, 115(7): 1842-54)，以及催化形成TIIGA共轭双键的CYP512W2(Nat Commun, 2022, 13: 7740)。然而，在对158个候选蛋白进行筛选后，仍未能实现灵芝酸C3、C15、C22等位点的进一步修饰。

该研究首先通过蓝光刺激菌丝体，高效诱导TIIGA；以前期发现的关键酶CYP5150L8和CYP512W2为诱饵，分析与其高度共表达的酶，借助合成生物学平台鉴定出可催化C22羟基化的CYP512W6，以及具有C3和C15羟基乙酰化的双功能乙酰基转移酶GlAT。针对这两类膜蛋白，通过计算辅助设计与实验验证相结合，解析了CYP512W6（图1）和GlAT（图2）的催化机制，并明确对其催化活性及底物选择性起关键作用的氨基酸残基。同时，还鉴定出可实现灵芝酸C3构型翻转、C3羟基乙酰化的异源氧化酶、还原酶和C3乙酰基转移酶。此外，利用荧光引导的关键酶高拷贝整合技术，成功实现了多羟化TIIGA的高效生物合成，为其工业化发酵应用奠定基础。

图1 鉴定CYP512W6为灵芝酸C22羟化酶

图2 鉴定GlAT为C15和C22的双功能乙酰转移酶

在将所有已鉴定的酶导入酵母系统后，观察到代谢流几乎完全滞留在中间产物灵芝酸GA-TN处。基于对这些酶催化功能的认识，研究团队对多种乙酰基转移酶采用了时序表达调控策略，成功缓解了代谢流的阻滞问题，实现了具有复杂后修饰的多种TIIGA的生成。

该研究获得上海市合成生物学重点项目(24HC2810800)、国家自然科学基金(31971344、31770037)以及名贵中药资源可持续利用能力建设项目(2060302-2303-02)的支持。