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糖胺聚糖類生物多糖廣泛存在于哺乳動物細(xì)胞外基質(zhì)和細(xì)胞表面，通過與各類信號分子相互作用參與各種重要的生理活動，也與眾多病理過程密切相關(guān)。肝素、透明質(zhì)酸等生物多糖作為臨床一線藥物應(yīng)用多年。藥學(xué)院、國家糖工程技術(shù)研究中心生舉正教授課題組基于糖胺聚糖及糖核苷酸生物合成研究基礎(chǔ)，通過對細(xì)菌代謝途徑的重新設(shè)計完成對細(xì)胞內(nèi)莢膜多糖合成途徑“工作順序”的調(diào)控，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)攜帶“化學(xué)報告基團(tuán)”的透明質(zhì)酸和肝素、硫酸軟骨素骨架多糖的直接發(fā)酵合成；為糖胺聚糖體內(nèi)、外生物學(xué)研究提供了化學(xué)生物學(xué)工具，也為藥物遞送及醫(yī)用材料研究提供了直接生物合成的“可點(diǎn)擊”糖胺聚糖多糖。課題組研究方向聚焦于糖胺聚糖生物合成與藥物開發(fā)研究，本研究將糖胺聚糖仿生合成與化學(xué)糖生物學(xué)研究相結(jié)合，通過細(xì)菌細(xì)胞工廠實(shí)現(xiàn)糖胺聚糖生物標(biāo)記的思路對多糖分子探針的合成及應(yīng)用提供了新思路。

近日，可點(diǎn)擊糖胺聚糖生物合成及其作為化學(xué)生物學(xué)工具應(yīng)用新策略的研究成果以“Imaging ofEscherichia coliK5 and glycosaminoglycan precursors via targeted metabolic labeling of capsular polysaccharides in bacteria”為題在Science子刊Science Advances發(fā)表。生舉正教授為論文通訊作者，藥學(xué)院博士研究生王鈺佳為第一作者，藥學(xué)院教授王鳳山、副教授李連、教師蔣文潔為論文作者；山東大學(xué)為本論文第一完成單位和唯一通訊單位，華熙生物科技有限公司、山東省千佛山醫(yī)院作為論文參與單位。

本研究首先以大腸桿菌K5為底盤細(xì)胞，破壞其內(nèi)源UDP-N-乙酰氨基葡萄糖從頭合成途徑，同時在細(xì)胞內(nèi)引入外源糖核苷酸補(bǔ)救合成途徑，實(shí)現(xiàn)UDP-GlcNAc 或其含有化學(xué)報告基團(tuán)的衍生物的組成型供給；在敲除內(nèi)源組成型肝素合成元件的同時，實(shí)現(xiàn)單糖底物選擇耐受性更高的外源肝素合酶的誘導(dǎo)表達(dá)；至此，通過添加GlcNAc單糖培養(yǎng)基培養(yǎng)工程細(xì)胞，然后將其轉(zhuǎn)移到只含有化學(xué)報告基團(tuán)單糖（如疊氮或炔基單糖）的培養(yǎng)條件下，同時誘導(dǎo)激活莢膜多糖合成能力，利用生物合成途徑實(shí)現(xiàn)化學(xué)報告單糖均勻的摻入重組工程細(xì)胞的肝素骨架多糖中，從而獲得了“可點(diǎn)擊”的大腸桿菌或純化的肝素骨架多糖。按照相同的策略，以枯草芽孢桿菌為底盤細(xì)胞，課題組又分別實(shí)現(xiàn)了“可點(diǎn)擊”透明質(zhì)酸和軟骨素的直接發(fā)酵合成。隨后，課題組利用生物正交化學(xué)反應(yīng)，先后在芯片、動物細(xì)胞及小鼠體內(nèi)，分別實(shí)現(xiàn)了細(xì)菌細(xì)胞或純化的糖胺聚糖多糖的成像和定量分析，證明了這些多糖衍生物有望成為糖胺聚糖生物活性，體內(nèi)代謝及體內(nèi)行為研究的化學(xué)生物學(xué)工具。

該項(xiàng)工作得到國家重點(diǎn)研發(fā)計劃與山東省重大科技創(chuàng)新工程等項(xiàng)目的支持。

論文鏈接：https://www.science.org/doi/10.1126/sciadv.ade4770