熊去氧膽酸

熊去氧膽酸（Ursodeoxycholic acid，UDCA）是一種有價值的膽汁酸，用于治療膽囊炎可以溶解膽固醇膽結(jié)石，比鵝去氧膽酸（chenodeoxycholic acid，CDCA）副作用更少。UDCA還具有抗炎作用，可用于治療囊性纖維化和原發(fā)性膽汁性肝病膽管炎。UDCA的主要天然來源是熊膽汁，通過養(yǎng)殖熊獲得膽汁?；蛘哂赡懰幔╟holic acid，CA）或CDCA半合成UDCA。從CA形式開始的合成路線CDCA只需5步，包括Wolff–Kishner還原，并在C7發(fā)生差向異構(gòu)化以產(chǎn)生UDCA。該途徑的產(chǎn)率不超過30％。為了克服這些局限性，采用了較短的合成路線CDCA向UDCA的生物催化差向異構(gòu)已開發(fā)。

石膽酸

石膽酸（LCA， lithocholic acid）是一種價格低廉的豐富的肉類生產(chǎn)廢物產(chǎn)品，因為這種膽汁酸在農(nóng)場動物中被發(fā)現(xiàn)像綿羊，牛，和豬。當(dāng)前，沒有生物技術(shù)利用這些已知來源的LCA，使其成為理想的合成UDCA的原料。據(jù)報道已經(jīng)有一些微生物可由LCA轉(zhuǎn)化為UDCA。例如，木霉鐮刀菌將LCA轉(zhuǎn)化為多種產(chǎn)品，包括UDCA，收率為35％。但是，目前尚無酶可選擇性地在7β位羥基化LCA以形成UDCA以及其在微生物中的合成途徑方面的報道。發(fā)掘一個直接7β-羥基化的酶將LCA直接轉(zhuǎn)化為UDCA會非常有價值，這將可避免利用真菌轉(zhuǎn)化時的復(fù)雜代謝（產(chǎn)生多個副產(chǎn)物）造成的下游處理復(fù)雜化。

來自德國格賴夫斯瓦爾德大學(xué)生物化學(xué)系的Uwe T. Bornscheuer教授團(tuán)隊，設(shè)計了鏈霉菌來源的細(xì)胞色素P450單加氧酶CYP107D1（OleP），用于石膽酸的立體和區(qū)域選擇性7β-羥基化，生成熊去氧膽酸，并將結(jié)果發(fā)表在近期的Angew Chem Int Ed Engl，題為“Engineering Regioselectivity of a P450 Monooxygenase Enables the Synthesis of Ursodeoxycholic Acid via 7β-Hydroxylation of Lithocholic Acid”.

之前的研究表明，OleP在7β位羥化睪丸激素，但針對LCA僅在6β位羥化形成多甲酰氧膽酸（MDCA）。作者在結(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)上，利用數(shù)據(jù)庫3DM進(jìn)行殘基功能預(yù)測分析，并結(jié)合分子對接的方法確定氨基酸殘基F84，S240和V291是與7β羥化相關(guān)的殘基。然后通過丙氨酸掃描鑒定出S240A是產(chǎn)生UDCA的關(guān)鍵突變?；谶@些位置設(shè)計合成了“小巧但聰明”的文庫，然后作者用比色測定法對產(chǎn)生UDCA的庫進(jìn)行了篩選。最終，作者確定了一個幾乎完美的區(qū)域選擇性和立體選擇性三重突變體（F84Q / S240A / V291G），它產(chǎn)生的UDCA水平比S240A變體高10倍。這種生物催化劑為從生物廢物L(fēng)CA環(huán)保合成UDCA開辟了新的可能性。