中國(guó)科學(xué)院近代物理研究所科研人員利用蘭州重離子研究裝置(HIRFL)提供的12C6+重離子束，研究藥用植物杜仲 (Eucommia ulmoide Oliv) 水解液用于梭菌突變體代謝生物酸獲得新發(fā)現(xiàn)。
梭菌屬 (Clostridium) 是生產(chǎn)生物酸的菌屬之一，研究表明可以利用葡萄糖、纖維二糖、木糖、阿拉伯糖等多種碳源物質(zhì)進(jìn)行產(chǎn)酸代謝。然而，代謝產(chǎn)物不單一，降低了整個(gè)代謝過程的效率。到目前為止，經(jīng)典代謝工程直接基因代謝的結(jié)果與人們想象的相去甚遠(yuǎn)。
近代物理所科研人員研究發(fā)現(xiàn)，通過12C6+重離子束非定向性輻照梭菌，導(dǎo)致宿主細(xì)胞能荷水平降低、細(xì)胞生長(zhǎng)加快，糖代謝增強(qiáng)，ATP周轉(zhuǎn)速率增加，從而增加了NADH供給，使得代謝應(yīng)答周期縮短，生物酸得率提高。這一研究結(jié)果表明，碳離子束非定向性輻照可以刺激觸發(fā)梭菌產(chǎn)酸期到產(chǎn)溶劑期轉(zhuǎn)變的信號(hào)。隨后，研究人員通過多個(gè)層次系統(tǒng)成功篩選出功能獲得性突變體，并利用中醫(yī)藥材杜仲水解液進(jìn)行了突變體代謝生物酸的探索。
藥用杜仲是杜仲科杜仲屬植物，含有15 種木脂素和木脂素甙類(Lignon glycoside) 以及10 種環(huán)烯醚萜類(Iridoids) 等生物活性成分。現(xiàn)代藥理學(xué)研究證實(shí)，杜仲具有保護(hù)和增強(qiáng)人體健康的功效。目前國(guó)內(nèi)外眾多學(xué)者對(duì)杜仲的研究和關(guān)注日漸升溫，但綜合利用中醫(yī)藥材杜仲水解液用于梭菌生產(chǎn)生物酸的研究尚屬空白。
如所周知，苷鍵具有縮醛結(jié)構(gòu)，易為稀酸催化水解。水解反應(yīng)時(shí)苷原子先質(zhì)子化，然后斷鍵生成陽(yáng)碳離子或半椅型中間體，在水中溶劑化而成糖。研究人員依照糖類的這種水解原理，發(fā)現(xiàn)杜仲在蒸煮過程中產(chǎn)生廢水，主要成分為苷類化合物；水解苷類化合物，可使苷類化合物的糖基部分或全部去掉，從而轉(zhuǎn)化生成次生低糖基苷或苷元。整個(gè)制備過程操作簡(jiǎn)單安全，適合大批量生產(chǎn)，對(duì)皂苷破壞小且無污染，可為梭菌突變體生產(chǎn)生物酸提供大量的碳源物質(zhì)。
研究結(jié)果表明，在酸（1.5％ H2SO4）預(yù)處理并高壓滅菌60 min的條件下，得到的杜仲水解液有利于梭菌突變體代謝生物酸。
這項(xiàng)研究打破了藥用杜仲只能作為中醫(yī)藥材的傳統(tǒng)觀念，為這一寶貴資源用于梭菌同類型的高效綜合開發(fā)提供了新的技術(shù)支撐。
該研究得到中科院“百人計(jì)劃 ”與“國(guó)家自然科學(xué)基金項(xiàng)目”的資金支持。
研究成果在Bioresource Technology 2014, 161: 221–229發(fā)表。
圖1 不同預(yù)處理杜仲對(duì)于梭菌突變體生產(chǎn)生物酸的影響：（a）用堿（1.5％ NaOH）預(yù)處理效果；（b）用酸（1.5％H2SO4）預(yù)處理效果。
圖2 酸（1.5％H2 SO4）預(yù)處理?xiàng)l件下，不同高壓滅菌30min、60min、90 min對(duì)于梭菌突變體生產(chǎn)生物酸與生物質(zhì)的影響。
