项目背景
黄体酮（Progesterone，CAS 登录号：57-83-0）是一种人体内生性孕激素，临床上主要用于流产、前列腺增生等疾病的治疗。目前黄体酮生产工艺基于上世纪 40 年代宾夕法尼亚州立大学的 Russel Marker 等人开发的化学合成体系，即以薯蓣皂素作为生产原料，先通过化学法制备醋酸妊娠双烯醇酮，再经催化加氢，水解和奥氏氧化三部反应制得黄体酮。该工艺成本较高且伴随大量废水废渣产生，对环境污染较大。现今工艺改进后采用价格低廉的 4-雄烯二酮作为原料，但依旧基于化学法生产，污染问题并未解决。
酿酒酵母(Saccharomyces cerevisiae)由于自身具有麦角固醇合成途径，可通过代谢工程改造实现利用简单廉价的碳源从头合成关键前体胆固醇，再通过引入胆固醇侧链裂解酶（P450scc）和 3β-羟类固醇脱氢酶 （3β-HSD）实现黄体酮的异源合成。1998 年, 法国学者 Pompon 等首次通过在酵母引入异源基因实现了孕烯醇酮和黄体酮的酵母全合成。但受制于 P450scc 的催化效率较低，黄体酮产量一直较低 (<10 mg/L)。
市场前景
根据 MarketWatch 数据，2021 年全球黄体酮市场规模约为 59.46 亿美元，其中我国黄体酮市场规模约占全球市场规模的十分之一。预计至 2028 年全球黄体酮市场规模将达到 117.10 亿美元，年复合增长率预计约为 10.16%，全球市场增长空间较大。
技术特点及研究进展
本技术将哺乳动物中黄体酮生物合成途径引入酿酒酵母底盘细胞，可实现从葡萄糖从头合成黄体酮。由于酵母生产工艺仅需要一步发酵，中间无需任何化学催化步骤，整个工艺相比现有工艺也更加绿色环保。目前产量最高的菌株已完成实验室阶段测试，5L发酵罐细胞高密度分批补料发酵，黄体酮总产量达到 126 mg/L，生产速率达到 25.9 mg/L·d，整体指标处于国际领先水平。目前存在的问题是副产物依旧较多（主要为胆固醇），产量还有待进一步提升。
投资与效益分析
酵母工艺的生产原材料不再依赖植物甾醇，可大幅节约超过原材料生产时间及土地成本 90%以上，降低石化来源无机酸用量 50%以上。一旦技术成熟进行推广可带来显著的经济效应。