1-1 前言
S-腺苷甲硫胺酸（S-adenosyl L-methionine，簡稱 SAM）是甲硫胺酸 (Methionine)和 ATP 經 SAM synthetase 合成的產物。SAM 廣泛存在於動物、
植物和微生物體內的一種重要的生理活性物質，參與細胞內眾多生化反應，
可用於治療抑鬱症、關節炎、肝功能紊亂等疾症，在歐美暢銷多年，歐美保健 食品的市場中，每年約有 24 億美金的銷售量， SAM 製備方法的優化也是近 年研究熱點，大致分為三種：化學合成法、體外酶促轉化法和生物轉化法。
(1)化學合成法
化學合成法採用 S-腺苷-L-高半胱胺酸 (S-Adenosyl-L-homocystein，簡稱 SAH) 和甲基供體 CH3I 合成 SAM，但化學合成產物除 (-) 型的 SAM 外，
國强, 2012)。根據 Schlenk 等人發現，在含有甲硫胺酸培養基中培養，高蛋白 假絲酵母（Candida utilis）、釀酒酵母 （S. cerevisiae）等多種酵母，皆可累積 SAM(Gawel, Turner, and Parks, 1962)。Shiozaki 等人從多種微生物中篩選得到 清酒酵母（S. sake），積累 SAM 達 10.8 g/L(Shiozaki, Shimizu, and Yamada, 1986)。與前面兩種方法相比，微生物轉化法是直接在細胞體內進行轉化，微 生物中含有 SAM synthetase，ATP 可以由細胞自身代謝提供。隨著基因重組 和發酵技術的發展，能實現生產菌株中 SAM 合成酶過量表達、能量代謝的 增強和細胞密度的提升，這對於強化微生物轉化 SAM 發揮重要作用，因此 本方法是目前生產 SAM 的主要方法。
1-2 甲硫胺酸循環和 SAM 製造方法
SAM 是經由甲硫胺酸循環而得來，當甲硫胺酸在生物體內與三磷酸腺苷 (ATP) 進行反應，ATP 上的 adenosyl group 轉移到甲硫胺酸的硫原子，形成硫 帶 正 電 的 S-adenosyl-l-methionine (SAM) ， 再 水 解 成 三 個 磷 酸 根 成 為 pyrophosphate (PPi) 和 orthophosphate (Pi)(圖 1-1)(Ren et al., 2017)。在此反應 過程中需要甲硫胺酸腺苷基轉移酵素 Methionine adenosyltransferase (MAT)，
而此酵素存在於所有生物細胞中，故被認為是生命體中必要酵素之一(Mudd and Cantoni, 1958)。
圖 1-1 甲硫胺酸與 ATP 結合方程式
甲硫胺酸循環圖(如圖 1-2 所示)，SAM 結構上帶有一個活化的甲基，此
PPi Pi
甲基主要提供於 DNA、蛋白質、神經傳導等分子甲基化，DNA 甲基化是基因 表達遺傳的控制方式，SAM 結構上的甲基提供給上述之分子後即形成 S-腺苷 高半胱胺酸 (S-adenosyl-L-homocysteine，簡稱 SAH) ，SAH 為甲基轉移酵素 抑制劑。DNA 甲基化隨著年齡上升而下降，則較低的 DNA 甲基化可能導致 細胞突變及染色體的不穩定性，然而過量的 DNA 甲基化已被證實會在腦中產 生甲醇、甲醛和甲酸等毒性物質引發中毒的可能(盧光明 and 姚孝元, 1999)。
SAH 經由水解生成 Homocysteine，近年來發現 Homocysteine 是個形成心血管 疾病的危險因素，當體內缺乏葉酸、維生素 B6、B12 等時，Homocysteine 將 無法轉換甲硫胺酸而累積，此現象與動脈粥狀硬化具有極大關聯(Maddocks, Labuschagne, Adams, and Vousden, 2016; Sydow and Böger, 2001)。
SAM 應用廣泛，對肝臟具有保護之功能。在慢性病上的文獻記載中，慢 性肝病的 MAT 活性減少，會導致 SAM 及 GSH 遞減，若在肝臟疾病上賦予 SAM 後，肝臟的 GSH 則會遞增(Lu, 2000)。然而在精神疾病史上，歐美地區 已開始應用 SAM 於治療憂鬱症狀。也有另一項研究指出可利用口服 SAM 的 方式，通過血腦障蔽來影響中樞 monoamine 的代謝(T Bottiglieri, Hyland, and Bottiglieri, 1994)。SAM 和軟骨組織修復也有密切關聯，而被認為對關節炎有 所療效。目前已經有 SAM 之相關健康食品於市面上販售。
圖 1-2 甲硫胺酸循環圖
1-3 研究動機與目的
受限於成本與技術之因素，無法使用化學合成法和體外酵素轉化法在 SAM 生產上，所以大多使用生物轉化法之方式進行研究。SAM 在醫療上具有 許多幫助，無論是在關節炎、肝病、憂鬱症等方面在醫療研究上皆有相當顯著 成果。隨著運動風氣的盛行，膝蓋常會不當使用，退化性關節炎已呈年輕化趨 勢，不再是老年人的專利；廣告台詞：肝若不好，人生是黑白的；肝若好，人 生是彩色的，肝是人體最無聲的器官，若感受到肝所帶來的疾病與疼痛，往往 已造成一定程度的損害；憂鬱症往往來自於現代的社會中無形的壓力，包含 金錢、人際，甚至是家庭，都是造成發病的起因。綜合以上論點，找尋並改良 如何提升 SAM 產量及增加醫療上的作用，是相當具有研究意義的。
大多研究集中於利用 Saccharomyces cerevisiae 生產 SAM，本實驗室自 新竹食品工業研究所菌種中心購買 S. cerevisiae ATCC 7752，該菌株可以在細 菌體中累積 SAM，在培養基中添加定量的甲硫胺酸，經由發酵，便可獲得大 量的 SAM。若要以此菌屬生產 SAM，又不侵犯專利，以物理或化學的方式進 行誘導突變，將是有效的途徑之一。S. cerevisiae 以甲硫胺酸為基質，透過 SAM 合成酶與 ATP 反應，但高濃度的甲硫胺酸會抑制酵母菌的生長，適量的甲硫 胺酸會經由 SAM 合成酶轉換成 SAM；因此突變時，利用高濃度甲硫胺酸進 行篩選條件，將可找出能代謝硫基胺基酸產生 SAM 之高轉換能力菌株。
本研究以此突變菌株進行研究，以饋料法探討延續發酵程序的可能性。
目標為添加適量的甲硫胺酸，延長發酵時間並且增加菌體量，藉以提升 SAM 的生產力(Chen, Yang, et al., 2016; Zhao et al., 2016)，使菌株可產出最大 SAM 的濃度。