江南大学研究人员构建了微生物“细胞工厂”，可可持续生产具有紫外线防护作用的化合物加度索尔（gadusol），该化合物未来可作为防晒成分及抗氧化添加剂使用。
加度索尔广泛存在于多种鱼类及其他海洋生物的卵中，可帮助机体抵御紫外线损伤。项目负责人张萍博士表示：“该物质在自然界中储量稀少，提取效率低下且存在环境成本，我们希望找到一种可规模化、更绿色的加度索尔生产方式。”既往获取加度索尔的方式主要依赖于在特定发育时间点从鱼卵或鱼类组织中提取。在本项已发表的研究中，研究团队并未从自然界中提取该分子，而是将微生物改造为微型化工生产厂，使加度索尔产量提升了90倍以上。
研究人员的相关成果发表于《生物技术趋势》（Trends in Biotechnology），论文题为《多维工程改造大肠杆菌结合高通量定量分析实现加度索尔高效生物合成》，论文结论指出：“本研究为加度索尔的生物合成提供了重要参考，也为后续探究其工业化应用的可行性奠定了坚实基础。”
鱼类在开阔水域中暴露于阳光下为何不会被晒伤？原因是它们可以合成自身的天然防晒剂。作者在文中写道：“加度索尔是一种天然存在的环己烯酮类化合物，凭借其强效的紫外线吸收特性和广泛的生物学功能受到学界广泛关注。作为兼具强抗氧化活性与生物学活性的环己烯酮类化合物，加度索尔在医药、化妆品、营养保健品领域均展现出极高的应用潜力。”
目前已在斑马鱼、三文鱼、鲟鱼等多种鱼类的卵，以及珊瑚礁生态系统中检测到该化合物，它可以为海洋胚胎和珊瑚提供紫外线辐射防护。研究人员进一步解释称：“除光保护作用外，加度索尔还具有显著的抗氧化活性，在生理pH条件下，鱼卵提取物的自由基清除能力与抗坏血酸相当，且其针对过氧自由基的断链活性甚至更优。”
但研究团队指出，从鱼卵中提取加度索尔耗时费力、成本高昂且产量极低。在本次新发表的研究中，研究团队将斑马鱼合成加度索尔的代谢通路重构至大肠杆菌（Escherichia coli）中，随后对该微生物的遗传背景及培养条件进行了优化。他们表示：“本研究在大肠杆菌中构建了加度索尔的生物合成通路，并建立了一套整合型工程化策略以实现其高效生产。”
上述改造使加度索尔的产量提升了近93倍，从45.2mg/L提升至4.2g/L。该化合物的抗氧化特性为研究人员提供了一种便捷的筛选捷径：基于颜色的筛选试验，当加度索尔中和自由基时，紫色的化学信号会转变为黄色。这种颜色变化可让研究人员快速筛选出产量更高的菌株。通讯作者徐瑞瑞博士表示：“与传统化学分析方法相比，该方法更便捷、高效且经济。此外，我们还建立了一套高效的加度索尔提取纯化下游工艺，进一步提升了该平台的转化潜力。”
这种实验室合成的化合物在初步紫外线防护试验中展现出良好前景。张萍表示：“在实验室中达到这一产量水平极具前景，这意味着我们未来可以通过微生物生产的方式满足天然防晒成分的市场需求。”该化合物的作用并不局限于防晒：试验结果显示，加度索尔的抗氧化活性与维生素C相当，提示其可帮助中和紫外线暴露产生的、会造成细胞损伤的自由基。
作者在论文中指出：“除实验室层面的优化外，本研究为加度索尔——这种天然无毒的紫外线防护抗氧化环己烯酮类化合物——提供了一条切实可行、可规模化的生产路径。”目前业界对传统防晒成分的替代方案关注度持续提升，传统防晒成分可能会刺激敏感肌、危害海洋生物，或是以石油化工产品为原料。加度索尔兼具紫外线防护与抗氧化活性，有望成为防晒及护肤品中的热门成分。研究团队还指出：“该策略不依赖海洋提取，可实现可持续的微生物生产，为可能存在环境或健康隐患的合成类紫外线过滤剂、抗氧化剂提供了可再生的替代方案。”
不过加度索尔暂时还无法进入消费市场。本研究并未将加度索尔与市售防晒剂进行头对头比较，也未评估其长期安全性及规模化生产的可行性，且后续还需获得监管部门批准。尽管如此，徐瑞瑞认为本研究为加度索尔走向实际应用提供了起点，基于现有技术，他预计2年内就会有相关产品上市。
张萍表示：“对于具备应用潜力的小分子，我们希望大家不要局限于传统提取方法，微生物细胞工厂正在成为一种更绿色、更可持续的方式，可推动实验室成果落地至实际应用场景。”
专业注释
- 加度索尔（gadusol）：天然海洋来源的环己烯酮类紫外吸收化合物
- 头对头比较：直接对比受试物与市售同类产品性能的试验设计
- 下游工艺：生物制品发酵后开展提取、纯化的后续生产工序