青蒿素是目前最有效的抗疟疾药物之一，但对最需要它的贫困患者来说仍过于昂贵。美国科学家最近成功地用转基因酵母合成了青蒿素的前体物质——青蒿酸，有望大幅增加青蒿素产量、降低治疗疟疾的费用。

青蒿素从菊科蒿属植物青蒿中提取，是中国科学家开发出的强效抗疟药物。在非洲和亚洲许多地区，疟原虫已经对其他多数抗疟药物具有抗药性，这些地区对青蒿素类药物的需求格外迫切。

目前使用青蒿素进行治疗每个疗程的费用是8美元到15美元，对这些地区的贫困患者来说过于昂贵，主要瓶颈在于青蒿的收获量不足。美国加利福尼亚大学伯克利分校的一个研究小组说，他们的新研究成果有望将青蒿素药物价格大大降低。有关论文最近发表在英国《自然》杂志上。

此前，这个小组曾经将青蒿的一个基因植入大肠杆菌，利用细菌的生物合成过程获得了一些中间物质，但这些物质还需要几步反应才能生成青蒿酸。在最新的研究中，研究人员在青蒿里发现了一种与青蒿酸合成有关的新酶。将制造这种酶的基因植入酿酒酵母后，酵母制造出了青蒿酸。

利用微生物合成化学物质以增加产量、降低成本，是工业上常用的手段。这项新成果有望为大幅降低青蒿素生产成本开辟道路，但付诸实用至少还需要几年时间。

研究背景与意义：疟疾是由疟原虫引起的传染病，主要通过按蚊叮咬传播。据世界卫生组织统计，2020年全球约有2.41亿疟疾病例，死亡人数约62.7万，其中非洲地区占绝大多数。青蒿素类药物是当前治疗疟疾的一线药物，尤其是对氯喹等传统药物产生耐药性的疟原虫株。然而，青蒿素主要从植物青蒿中提取，产量受限于种植面积和提取效率，导致价格居高不下。利用合成生物学方法在微生物中生产青蒿素前体，是解决这一瓶颈的关键策略。

研究手段与技术细节：美国加利福尼亚大学伯克利分校的Jay Keasling团队在《自然》杂志上报道了利用转基因酿酒酵母（Saccharomyces cerevisiae）生产青蒿酸的研究。他们首先在青蒿中发现了一种新的酶——青蒿酸合酶，该酶能够催化三步反应，将法尼基焦磷酸（FPP）直接转化为青蒿酸。通过将编码该酶的基因导入酿酒酵母，并优化代谢途径，实现了青蒿酸的高效生产，产量达到100 mg/L。这一方法避免了使用大肠杆菌可能涉及的专利问题，且酵母的分泌表达简化了纯化步骤，进一步降低了成本。

未来展望与挑战：尽管该研究取得了重要突破，但距离工业化生产仍有距离。目前产量尚需进一步提高，并需优化大规模发酵工艺。Keasling团队预计，通过3到5年的优化，有望将青蒿素药物的价格降至每个疗程1美元左右，仅为目前的十分之一。此外，其他研究团队也在探索利用大肠杆菌、烟草等宿主生产青蒿素，多种技术路线并行将加速这一进程。

参考文献：Ro DK, Paradise EM, Ouellet M, et al. Production of the antimalarial drug precursor artemisinic acid in engineered yeast. Nature. 2006;440(7086):940-943. doi:10.1038/nature04640