糖胺聚糖类生物多糖广泛存在于哺乳动物细胞外基质和细胞表面，通过与各类信号分子相互作用参与各种重要的生理活动，也与众多病理过程密切相关。肝素、透明质酸等生物多糖作为临床一线药物应用多年。药学院、国家糖工程技术研究中心生举正教授课题组基于糖胺聚糖及糖核苷酸生物合成研究基础，通过对细菌代谢途径的重新设计完成对细胞内荚膜多糖合成途径“工作顺序”的调控，进而实现携带“化学报告基团”的透明质酸和肝素、硫酸软骨素骨架多糖的直接发酵合成；为糖胺聚糖体内、外生物学研究提供了化学生物学工具，也为药物递送及医用材料研究提供了直接生物合成的“可点击”糖胺聚糖多糖。课题组研究方向聚焦于糖胺聚糖生物合成与药物开发研究，本研究将糖胺聚糖仿生合成与化学糖生物学研究相结合，通过细菌细胞工厂实现糖胺聚糖生物标记的思路对多糖分子探针的合成及应用提供了新思路。

近日，可点击糖胺聚糖生物合成及其作为化学生物学工具应用新策略的研究成果以“Imaging ofEscherichia coliK5 and glycosaminoglycan precursors via targeted metabolic labeling of capsular polysaccharides in bacteria”为题在Science子刊Science Advances发表。生举正教授为论文通讯作者，药学院博士研究生王钰佳为第一作者，药学院教授王凤山、副教授李连、教师蒋文洁为论文作者；山东大学为本论文第一完成单位和唯一通讯单位，华熙生物科技有限公司、山东省千佛山医院作为论文参与单位。

本研究首先以大肠杆菌K5为底盘细胞，破坏其内源UDP-N-乙酰氨基葡萄糖从头合成途径，同时在细胞内引入外源糖核苷酸补救合成途径，实现UDP-GlcNAc 或其含有化学报告基团的衍生物的组成型供给；在敲除内源组成型肝素合成元件的同时，实现单糖底物选择耐受性更高的外源肝素合酶的诱导表达；至此，通过添加GlcNAc单糖培养基培养工程细胞，然后将其转移到只含有化学报告基团单糖（如叠氮或炔基单糖）的培养条件下，同时诱导激活荚膜多糖合成能力，利用生物合成途径实现化学报告单糖均匀的掺入重组工程细胞的肝素骨架多糖中，从而获得了“可点击”的大肠杆菌或纯化的肝素骨架多糖。按照相同的策略，以枯草芽孢杆菌为底盘细胞，课题组又分别实现了“可点击”透明质酸和软骨素的直接发酵合成。随后，课题组利用生物正交化学反应，先后在芯片、动物细胞及小鼠体内，分别实现了细菌细胞或纯化的糖胺聚糖多糖的成像和定量分析，证明了这些多糖衍生物有望成为糖胺聚糖生物活性，体内代谢及体内行为研究的化学生物学工具。

该项工作得到国家重点研发计划与山东省重大科技创新工程等项目的支持。

论文链接：https://www.science.org/doi/10.1126/sciadv.ade4770