萜類

萜類化合物廣泛存在于自然界中，目前已超過?5?萬種的萜類化合物被發(fā)現(xiàn)，其中大部分是藥用植物中的有效成分。青蒿素、抗癌藥物紫杉醇、具有保健作用的人參皂苷及作為抗氧化劑的類胡蘿卜素類化合物均屬于萜類。

萜類香精

全球香精香料市場廣闊，檀香醇、廣藿香醇、橙花叔醇、β-?欖香烯等萜類精油廣泛應(yīng)用于日化品、食品和藥品等領(lǐng)域。其中，β-?欖香烯是從姜科植物溫郁金、莪術(shù)等藥用植物中提取的國家一類抗癌藥物的有效成分。天然來源的?β-?欖香烯含量低、化學(xué)類似物組成復(fù)雜等原因，導(dǎo)致其分離成本過高。中國科學(xué)院天津工業(yè)生物技術(shù)研究所與中國中醫(yī)科學(xué)院中藥資源中心合作，利用代謝工程與合成生物學(xué)技術(shù)提高釀酒酵母中萜類的生物合成通量和產(chǎn)物兼容性。在此基礎(chǔ)上，進(jìn)行吉瑪烯?A?合成酶的蛋白質(zhì)工程改造和高產(chǎn)吉瑪烯?A?工程菌創(chuàng)建，并成功開發(fā)吉瑪烯?A?熱轉(zhuǎn)化為?β-?欖香烯的耦合工藝，最終將高純度?β-?欖香烯獲得成本降為植物提取的?0.15%。

丹參酮

近幾年來，我國在丹參酮人工合成細(xì)胞研究領(lǐng)域取得了重要進(jìn)展。丹參酮屬于松香烷型二萜化合物，是我國傳統(tǒng)中藥丹參的主要有效成分，具有抗氧化、抗菌、抗炎、抗腫瘤等多種活性。中國中醫(yī)科學(xué)院中藥資源中心與中國科學(xué)院大連化學(xué)物理研究所、美國愛荷華州立大學(xué)、中國科學(xué)院遺傳與發(fā)育生物學(xué)研究所、中國科學(xué)院上海辰山植物科學(xué)研究中心、中國科學(xué)院天津工業(yè)生物技術(shù)研究所等研究單位合作，發(fā)現(xiàn)了催化生成丹參酮基本骨架——次丹參酮二烯的兩個(gè)功能酶，構(gòu)建了高產(chǎn)次丹參酮二烯的酵母工程菌株。進(jìn)而利用?C-13?同位素標(biāo)記技術(shù)，確定了該碳骨架結(jié)構(gòu)在丹參酮生物合成中的作用。在此基礎(chǔ)上，又發(fā)現(xiàn)了催化次丹參酮二烯生成代謝中間產(chǎn)物鐵銹醇的關(guān)鍵酶基因?CYP76AH1，并構(gòu)建了高產(chǎn)鐵銹醇的酵母工程菌。之后又進(jìn)一步發(fā)現(xiàn)了催化?C-7、C-11?和?C-20?位點(diǎn)的?P450?基因，獲得了能同時(shí)產(chǎn)生多種丹參酮類化合物的酵母工程菌。

甜菊糖

甜菊糖是下一代重要的健康天然甜味劑。中國科學(xué)院上海植物生理生態(tài)研究所通過構(gòu)建甜葉菊功能基因數(shù)據(jù)庫，對(duì)甜菊糖生物合成途徑的關(guān)鍵酶進(jìn)行了充分挖掘。成功鑒定了甜菊糖生物合成途徑中的關(guān)鍵酶，并在大腸桿菌底盤細(xì)胞中重構(gòu)了從頭合成甜菊糖苷類化合物的非天然合成途徑。經(jīng)一系列理性設(shè)計(jì)和優(yōu)化，使大腸桿菌中甜菊糖生物合成的關(guān)鍵中間體產(chǎn)量得到大幅度提高，并成功地獲得了其主要組分RA^[。在此基礎(chǔ)上，該團(tuán)隊(duì)又解析了甜葉懸鉤子與明日葉中甜茶素的生物合成過程，報(bào)道了?6?條新的二萜糖基轉(zhuǎn)移酶，并對(duì)其底物識(shí)別的機(jī)制進(jìn)行了研究。通過不同物種來源的糖基轉(zhuǎn)移酶的正交組合，在微生物細(xì)胞中實(shí)現(xiàn)了甜茶素的高效全細(xì)胞轉(zhuǎn)化。該研究為實(shí)現(xiàn)重要二萜類糖苷化合物的合成生物制造奠定了基礎(chǔ)，同時(shí)為改造大腸桿菌成為復(fù)雜萜類化合物異源合成的底盤細(xì)胞提供了成功范例。