在海拔4000米的雪域高原，红景天以其顽强的生命力孕育出珍贵成分——红景天苷。这种成分恰似高原赠予的明珠，以其出色的抗氧化、抗衰老等功效，成为护肤品和医药领域的“宠儿”。然而,红景天苷的传统提取方式面临产量低、周期长等瓶颈，难以满足日益增长的市场需求。
　　合成生物与生物制造学院的科学家指出，通过构建微生物细胞工厂合成红景天苷，正成为解决供需矛盾的新路径。他们梳理了红景天苷的生物合成路径、关键酶筛选以及工程菌株构建等最新进展，为开发绿色高效的红景天苷生产工艺提供了重要参考。
　　护肤原料面临生产困境
　　红景天苷是一种来源于红景天属植物的糖苷类化合物。别看它只是一种小小的化合物，却有着强大的“能量”。红景天苷就像一位忠诚的肌肤守护者，其抗氧化能力非常突出，能有效清除皮肤中的自由基，减少紫外线等外界因素对皮肤细胞的损伤，延缓皮肤衰老进程。
　　然而，想得到这种天然的护肤“法宝”并非易事。目前，从自然界获取红景天苷的主要方式还是从红景天属植物的根茎和块茎中提取。但这种方式存在诸多问题。红景天苷在红景天属植物中的含量很低，仅有0.5%至0.8%。这意味着要获取1千克的红景天苷，需要消耗大量的红景天属植物原料，而且提取的过程就像大海捞针一样，不仅繁琐，还会造成原料的浪费。
　　不仅如此，红景天属植物的生长周期长，往往需要数年才能从中提取红景天苷。这使得红景天苷的供应难以跟上市场需求的增长。而且，红景天属植物大多生长在高海拔、气候恶劣的高原地区，生长环境特殊，人工种植难度较大，产量也不稳定。
　　更严峻的是，由于市场对红景天苷的需求日益旺盛，野生红景天的过度采挖会导致其资源逐渐匮乏，有些品种已经濒临灭绝。过度采挖不仅会破坏红景天属植物的自然种群，还可能对高原生态环境造成影响。生态平衡一旦被打破，很难在短时间内恢复，这对红景天苷的长期可持续供应来说，是一个威胁。这些问题交织在一起，严重限制了红景天苷的工业化生产和广泛应用，也让红景天苷成为了一种稀缺的原料，难以满足大众需求。
　　生物合成展现明显优势
　　面对从自然界获取红景天苷的困境，科学家开始探索人工合成红景天苷的方式。目前红景天苷可通过化学合成法和生物合成法两种途径获取。化学合成过程中会用到强酸、强碱和重金属离子等物质，在生产过程中容易对环境造成污染。而且，化学合成会产生副产物，这给后续的分离提纯工作带来了麻烦，不仅增加了生产成本，还可能影响红景天苷的纯度和质量。
　　相比之下，生物合成法则展现出了明显的优势：生物合成红景天苷主要是利用微生物作为‘细胞工厂’，通过基因工程等技术手段，让微生物来合成红景天苷。传统的化学合成依赖化石原料，成本高且不可再生。而生物合成以葡萄糖等廉价碳源为底物，将其转化为高附加值的红景天苷，大大降低了生产成本。这种方式减少了对化石燃料的依赖，能有效降低碳排放，是一种绿色、可持续的生产方式，有利于促进生物经济的发展。”
　　此外，生物合成法利用微生物发酵技术获取红景天苷，整个过程在温和条件下进行，不需要使用强酸、强碱等有害物质。生物合成法通过对微生物的基因编辑调控，精确控制红景天苷的合成过程，提高产物的纯度和稳定性。这对于保证红景天苷在护肤品和医药领域的应用至关重要。”
　　涵盖了生物材料、生物化工、生物医药等多个细分领域。
　　目前，前体物质产量不足是制约红景天苷产量进一步提升的重要因素之一。红景天苷的合成需要酪醇等前体物质，而微生物在合成这些前体物质时，其产量往往不能满足红景天苷高效合成的需求。这就好比工厂生产产品时，若原材料供应不足，会直接影响生产进度和产量。后期的分离纯化也是目前制约生产成本的一个重要因素。
　　除此之外，在酪醇的糖基化过程中，天然糖基转移酶的催化活性比较低，这也是限制红景天苷产量的关键因素。糖基转移酶就像是催化酪醇合成红景天苷过程中的催化剂。它的活性低，就会导致反应速度慢，红景天苷的合成效率自然就上不去。
　　面对这些难题，科研人员并没有退缩，而是积极探索解决之道。随着信息学的发展，借助人工智能来模拟和分析工程菌株的代谢网络成为了一种有效的方法。通过人工智能技术，我们可以更清晰地了解微生物细胞内的代谢过程，找到代谢瓶颈，从而调整代谢策略、控制代谢流向，让更多的原料转化为红景天苷，提高红景天苷的产量。另外，科研人员还在通过生物信息学手段，从现有酶中挖掘具有更高催化活性和更强底物选择性的糖基转移酶。同时，科研人员利用机器学习、定向进化等先进技术对现有的糖基转移酶进行改造，增强其催化能力。将改造后的糖基转移酶应用到微生物底盘菌株中，能显著提升微生物合成红景天苷的工业化能力，加快生产速度。