人參和三七這些傳統中藥材里藏著一種神奇的成分——稀有人參皂苷。它被譽為“植物黃金”，具有增強免疫力、抗疲勞、抗氧化等多種功效。稀有人參皂苷在植物中的含量極低，提取困難，導致它的價格昂貴，普通人很難用上。日前，天津大學藥學院梅坤榮課題組，國家中藥材產業技術體系崗位科學家、天津大學藥學院高文遠課題組在國際權威期刊《先進科學》上發表重要成果，團隊通過“理性設計”技術獲得了高效生產稀有人參皂苷的新元件。

人參皂苷分為兩類：一類是“原型人參皂苷”，它在植物中含量較高，但活性較低，人體難以吸收；另一類是“稀有人參皂苷”，它是原型人參皂苷的代謝產物，活性更高，更容易被人體吸收利用。稀有人參皂苷的功效非常強大，已經被證明具有抗腫瘤、抗炎和增強免疫力的作用。然而，稀有人參皂苷在植物中的含量極低，通常不到0.1%，而且提取過程復雜、成本高，還容易產生環境污染。

為了解決這個問題，天津大學科研團隊使用了合成生物學技術。簡單來說，就是通過構建微生物或植物細胞，讓它們像“工廠”一樣生產稀有人參皂苷。研究團隊前期通過基因編輯、細胞器工程等合成生物學策略，構建了植物細胞工廠生產稀有人參皂苷。為了進一步提高產率，團隊進一步聚焦這項技術的關鍵元件 -- 一種叫做“糖基轉移酶”的蛋白質，它能夠催化人參皂苷合成的最后幾步反應，決定最終產物的種類和含量。然而，現有的糖基轉移酶效率難以滿足大規模生產的需求。天津大學研究團隊聚焦稀有人參皂苷生物合成的關鍵糖基轉移酶Pq3-O-UGT2，首次解析了它與底物結合的晶體結構。通過這項研究，團隊發現這種糖基轉移酶的底物結合口袋具有獨特的取向和顯著的疏水性，能夠識別多種底物，包括不同的人參皂苷和一些黃酮類天然產物。基于這些發現，研究團隊對該糖基轉移酶進行了改造，成功構建了突變體。實驗結果顯示，改造后的酶更傾向于合成稀有人參皂苷，并且生產稀有人參皂苷的效率顯著提高，為未來的大規模生產奠定了基礎。

“我們這項研究的突破性意義在于為稀有人參皂苷的高效生產提供了新思路。”梅坤榮教授介紹，“未來，隨著合成生物學技術的進一步發展，稀有人參皂苷的生產成本有望大幅降低，普通人也能便捷地用上這種‘植物黃金’”。