研究人员在大肠杆菌中创造了合成萜烯的“捷径”

北卡罗莱纳州立大学的研究人员已经开发出一种人工酶法来合成类异戊二烯或萜烯大肠杆菌．这条更短、更高效、更划算、更可定制的路径正在转变大肠杆菌变成一个可以生产从抗癌药物到生物燃料等各种用途的萜烯的工厂。

萜烯是一大类天然存在的分子，在制药、化妆品、食品和生物燃料等行业中都很有用。在自然界中，萜烯存在于植物和微生物中;例如，番茄红素是一种萜烯，它使番茄具有颜色。

由于直接从它们的天然来源提取这些分子是不现实的，科学家可以使用生物合成来生产它们。然而，生物合成萜烯一直被证明是具有挑战性的。

北卡罗来纳州立大学化学副教授加文·威廉姆斯(Gavin Williams)说:“萜烯很难进行生物合成，因为大自然制造这些分子的方法很长、很复杂，还涉及难以设计的酶。”威廉姆斯是一篇描述这项工作的论文的主要作者。“这些困难反过来又使我们很难设计微生物来大量制造这些分子。”

威廉姆斯与大肠杆菌将酶的途径植入细菌，使其转变为微小的分子生产工厂。威廉姆斯与前博士生肖恩·伦德和现在的研究生蕾切尔·霍尔一起设计了一种人工合成萜烯的途径，这种途径只使用两种酶，而不是在自然途径中出现的六或七种酶。

威廉姆斯说:“大自然大约有两种合成萜烯的途径，每一种都由六到七种酶组成。”“我们创造了第三条途径——捷径——用两种酶，它们在自然界中存在，但通常不参与这条途径。”

威廉姆斯和他的团队使用的一种关键酶——酸性磷酸酶(PhoN)——通常可以去除磷酸盐。但在人工途径中，这种酶巧妙地进行了逆反应。“由于PhoN的混杂特性，它在这里特别有用，”Williams说。“酶的杂乱性意味着它们可以在许多不同的分子上进行相同的转化。”

团队设计大肠杆菌用简化的途径生产几种不同品种的萜类，包括番茄红素。他们发现，这种新的途径与目前使用的更长的、更难设计的途径一样有效。

威廉姆斯说:“这种简单、典型的途径和菌株与那些在制造感兴趣的分子中广泛设计的途径和菌株一样有效。”“因为这条路径是混杂的，所以它是可定制的。”

研究人员下一步的工作包括利用这一途径来制造萜烯，这些萜烯在自然界中是一种新化合物，目前的方法制造成本太高。

该作品出现在ACS合成生物学部分由美国国立卫生研究院(National Institutes of Health, grant GM104258)支持。

皮克-

编辑报告:下面是摘要

从天然半萜代谢脱钩的人工合成异戊二烯途径

DOI：10.1021 / acssynbio.8b00383

作者:北卡罗莱纳州立大学的肖恩·隆德、瑞秋·霍尔和加文·威廉姆斯
发表于:ACS合成生物学

摘要：
类异戊二烯是在自然界中使用半萜结构块构造而成的，这些半萜结构块是通过漫长的酶促途径进行生物合成的，很少有机会部署前体定向生物合成。本研究设计了一种人工依赖酒精的半萜生物合成途径，并与几个类异戊二烯生物合成系统结合，提供了高产的番茄红素和一种戊基化色氨酸。该方法为合成多种非天然半萜类化合物及通过非天然化学修饰的类异戊二烯提供了一条潜在的途径。因此，原型化学-酶途径是构建工程微生物菌株的关键的第一步，将简单的可扩展构建块生物转化为复杂的异戊二烯类支架。