首先介绍第一部分，中草药酶转化和微生物转化。

我们都知道，中草药是我国古代优秀文化遗产的重要组成部分，部分中草药既是食品又是中药材，发挥主要健康作用的是其中的黄酮类、萜类等活性成分。

中草药的生物转化是指以酶或微生物活菌为生物催化剂，对中草药或中草药提取物进行生物转化，使中草药活性成分稳定、效果定量，达到增效减毒矫味等目的。

酶和益生菌在中草药转化中发挥重要的作用，通过对转化条件的优化，可以将低价值天然产物转化为高价值天然产物。如我们可以将人参中的主要人参皂苷，转化为高价值的稀有人参皂苷。

糖基水解酶在中草药生物转化过程中发挥着重要的作用，这主要是由于糖基水解酶可以破坏植物细胞壁，促进活性物质的释放。

它还可以产生寡糖等益生元，有益于动物和人体的肠道健康。同时它可以转化低活性天然产物为高活性天然产物。

三糖基类黄酮苷含量较高，但吸收较差、活性较低。其中活性最高的是宝藿苷I，它的药理作用广泛、吸收较好。

我们发现，β-D-葡萄糖苷酶可以将淫羊藿苷转化为宝藿苷I。而宝藿苷I是淫羊藿苷的主要入血活性形式。

通过定向富集并筛选高效的中草药生物转化菌群，给奶牛喂食中草药等策略富集糖基水解酶基因，我们发现牛胃中含有＞28万个糖基水解酶，可以从中挖掘高效的中草药生物转化酶。

我们已经从牛胃中筛选到数十个β-D-葡萄糖苷酶，它们可以将淫羊藿苷转化为宝藿苷I，在中草药转化中具有多种作用。

我们可以通过全细胞催化，将淫羊藿等生物质中的低价值天然产物转化为高价值的天然产物，从而获得基于淫羊藿等中草药的健康食品和药品。

我们还从高效的糖基水解酶菌群中筛选到木聚糖酶，它可以将木聚糖水解为木寡糖及部分低聚木糖，可能应用于低聚木糖益生元的合成。

我们的总体策略是通过富集富含糖基水解酶的菌群，并进行微生物组学分析初步获得相关的基因在微生物宿主表达。之后通过高通量酶活性测定，体内、体外酶学性质表征，解析其催化机制，应用于食品、药品等多个行业。

除酶转化以外，中草药益生菌发酵也是一种重要的中草药转化方式，并且有悠久的使用历史。4000多年前，我国已在中药生产中应用发酵技术，比如红曲、半夏曲等。

中草药益生菌发酵主要用的是真菌和细菌，它们可以通过代谢提高中草药活性成分，降低中草药的毒副作用，同时可能产生新的药用活性成分。

我们已从酸菜、酱菜等发酵食品中，定向分离挖掘到植物乳杆菌等益生菌数百株。

我们对这些益生菌的短链脂肪酸合成能力、胆固醇降解能力等进行分析，挖掘它们在中草药生物转化中的应用潜力。

我们从酱菜中分离到冠突曲霉，用冠突曲霉发酵中药黄芪，可以将黄芪中的黄芪甲苷转化为环黄芪醇等小分子活性物质，同时提高黄芪中的稀有人参皂苷含量。

我们除了应用单菌进行发酵并对单菌进行改造后，还尝试合成微生物菌群。通过合成益生菌群落发酵中草药，获得发酵食品及药品等多种产品。

中草药生物转化能够产生易于吸收的活性物质，减轻毒副作用，提升口感。同时，中草药发酵技术能够提高中草药的使用效率。

微生物组学、合成生物学和其他生物技术，可促进中草药益生菌发酵的发展。

在中草药生物转化的应用过程中，我们应注意挖掘与研发具有自主知识产权的中草药发酵菌种及生物转化酶；解析中草药益生菌发酵和生物转化的原理，鉴定和评价其中的活性成分；进一步优化中草药发酵和生物转化过程和策略；建立与应用中草药发酵和生物转化产品的评价能力。

下面介绍第二部分，中草药活性成分的微生物合成。

我们都知道，中草药等植物中含有丰富的活性天然产物。

比如红豆杉中的紫杉醇、长春花中的长春碱、冬凌草中的冬凌草甲素、人参中的稀有人参皂苷、黄花蒿中的青蒿素、甘草中的甘草酸等，它们具有抗癌、抗炎、抗菌等多种功效。

目前这些植物天然产物主要来自于植物的种植提取，但是它们在植物中的含量极低，难以满足不断增长的市场需求。同时这些植物天然产物化学结构复杂、化学合成步骤多、得率低、成本高，也难以实现大量获取。因此，我们亟需开发其他的植物天然产物获取方式。

我们尝试运用酵母来合成中草药活性天然产物。

与中草药种植提取相比，酵母合成能够针对性精准合成中草药活性天然产物，同时酵母合成占地面积小、发酵过程精准可控。而且酵母发酵周期很短，不依赖气候等环境因素，能规模化、标准化生产中草药活性成分。

此外，酵母中与目标天然产物类似的天然产物较少，后期提取纯化过程相对简单。

我们关注比较多的中草药是甘草。甘草具有补脾益气、清热解毒等功效，被广泛应用于中药临床配方。

光甘草定是甘草的重要活性成分，具有提高机体免疫力、抗炎、抗菌、降血糖和降血压等多种功效。它还可以抑制活性氧和黑色素，达到美白效果，被称为“美白圣品”。由于市场需求量大、供货少，90%含量的光甘草定市场售价可达10万元/kg以上，素有“美白黄金”之称。

目前，光甘草定还主要通过甘草种植提取获得。但我们都知道甘草生产周期长，通常为2~3年。同时光甘草定在甘草中的含量较低，分离纯化困难，价格高昂，化学合成面临着步骤多、成本高、得率低等多种劣势。

酵母合成具有产量高、发酵周期短、成本低、纯度高等多种优势。但目前仍面临着多种困难，比如光甘草定合成代谢途径及关键酶基因未知，酵母菌株难以构建等。

我们设立了高产光甘草定酿酒酵母菌株的构建及其分子机制解析策略。

首先，我们获取甘草及其他豆科植物的转录组，对其中的光甘草定代谢途径及关键酶基因进行挖掘。通过体内、体外表征后，将其在酵母中表达，使其与酵母细胞相适配，获得相关的光甘草定合成酵母菌株，实现酵母合成。

我们从多地采集了甘草植物以及甘草的不同部位，通过研究进一步证实了光甘草定仅在光果甘草中具有，乌拉尔甘草中没有。

我们发现，光果甘草3年生根中的光甘草定含量为2.71 mg/g干重，茎中极微量，叶中没有光甘草定。

我们通过对不同植物的不同部位进行转录组学测序，从中筛选可能的光甘草定代谢途径及关键酶。

在此基础上，我们运用多组学及合成生物学策略，推测了甘草素至光甘草定的10多个关键酶基因，为酵母合成提供了一定的基础。

我们通过对这些光甘草定合成关键酶基因的系统发育分析，获得了这些关键酶。进行体内、体外表征后，确定了光甘草定合成的8个关键酶基因。

美迪紫檀素是光甘草定合成的中间产物，在甘草、黄花草木犀等中草药中广泛存在，但含量极低。虽然具有抗肿瘤、抗骨质疏松、抗菌等多种功能，但无法大规模使用。

我们将筛选到的8个关键酶基因导入酵母以后，获得工程酵母菌株。该酵母菌株除能够合成美迪紫檀素以外，还能合成芒柄花黄素、大豆异黄酮等中间产物。

目前我们正在以酵母为底盘细胞，构建以葡萄糖为底物，合成光甘草定的工程酵母菌株。同时我们将解析其高产机制，为酵母合成光甘草定的产业化奠定一定的技术基础。

除了光甘草定以外，我们还进行了环黄芪醇的酵母合成。

环黄芪醇是端粒酶激活剂，具有抗衰老等功效。目前主要通过对黄芪中的黄芪甲苷水解获取，来源十分有限。

我们正在解析环黄芪醇的合成代谢途径及其关键酶，构建相关的工程酵母菌株，未来将实现环黄芪醇的酵母合成。

食用菌代谢网络复杂，能够以多种底物进行生长。

我们将合成生物学应用于食用菌产业，通过对食用菌进行基因编辑和改造，将食用菌应用于农业、未来食品和医药等多个产业。

该菌株能够以菌糠等农业废弃物为底物，合成喷斯他丁等高价值天然产物，真正实现了从农业废弃物到高价值天然产物的绿色生物制造。

我们主要通过设计构建相关的微生物细胞工厂，以葡萄糖等廉价底物作为原料，通过发酵培养，实现中草药活性成分的大规模获取。

下面介绍最后一部分，中草药生物转化和生物合成产品的展望。

我们课题组也进行了疾病与菌群的关系解析。

我们将挖掘相关的中草药活性成分，筛选相关的益生菌，并进行体内、体外功能验证，将来应用于临床。通过中草药活性成分和益生菌，调控人体菌群，达到治疗某些疾病的目的。

微生物菌种是进行生物转化和微生物合成的基础。

我们实验室保存有食品用益生菌、传统发酵用真菌、工程化底盘菌株、工程化改造菌株等数千株微生物，这为进行相关研究奠定了很好的基础。