【背景】

类罂粟碱（一种苄基异喹啉生物碱 BIA）药用价值宝贵，所有鸦片制剂（如吗啡、可待因）和半合成品类罂粟碱（如氢可酮、氢吗啡酮）的来源仅限于罂粟种植，产量易受植物生长周期特性、气候、虫害、环境等多方面影响。化学合成此类复杂分子目前还未能实现规模化生产，不具有商业竞争价值。而基于改造酵母菌成功合成青蒿素并顺利上市的成功先例，利用微生物生产类罂粟碱切实可行，有利于解决源自种植罂粟供应的多种难题。

【方法】

  1. 构建酵母菌株，制造S-网脉碱；

    2. 为了转移更多的C流量用于制造BIA中间体S-网脉碱，在CEN.PK2酵母菌株中整合了五个新设计的含有编码17种源自不同植物、动物、异种酵母的生物酶的基因模块（I、II、III、IV、V）。

  2. 设计代谢通路模块，实现S-网脉碱转化为二甲基吗啡；

    3. 将经过密码子优化的DRS-DRR序列插入酵母基因组中，实现差向异构体催化作用，使S-网脉碱变为R-网脉碱。设计通路模块VI，导入多种酶变体表达基因序列，将R-网脉碱转化成二甲基吗啡。

  3. 延伸生物合成通路，实现二甲基吗啡转化为氢可酮。

    4. 进一步延长已构建的代谢通路，引入能够编码脱甲基酶T60DM和还原酶morB的氢可酮合成通路VII。

【结果】

  1. 整合了模块I－V的酵母菌株(CSY1060, CSY1061)比只整合了模块I－IV的菌株（CSY1058）的S-网脉碱产量高4倍。
  2. 集合了代谢通路模块VI的酵母菌株，最终能够生成6.4 μg/L的二甲基吗啡；集合了代谢通路模块VII的酵母菌株，最终能够生产少量的氢可酮（0.3 μg/L）。

参考文献
Stephanie, G., et al., Complete biosynthesis of opioids in yeast.2015. 349(6252): p.1095-1100.