北卡罗来纳州立大学的研究人员开发了一种人工酶促途径，用于合成大肠杆菌中的类异戊二烯或萜类化合物。这种更短，更有效，更具成本效益和可定制的途径将大肠杆菌转变为可以生产萜烯的工厂，用于从癌症药物到生物燃料的各种物质。

萜烯是一大类天然分子，可用于医药，化妆品，食品和生物燃料等行业。在自然界中，萜烯存在于植物和微生物中;例如，番茄红素 - 它给西红柿的颜色 - 是一种萜烯。

由于直接从天然来源提取这些分子是不切实际的，科学家们可以利用生物合成来生产这些分子。然而，传统上生物合成萜烯已证明具有挑战性。

“萜烯很难进行生物合成，因为大自然制造这些分子的构建模块的方法冗长，复杂并且涉及难以设计的酶，”北卡罗来纳州立大学化学副教授，一篇论文的主要作者Gavin Williams说。工作。“这些困难反过来又使微生物难以大量制造这些分子。”

威廉姆斯与大肠杆菌合作，将酶途径插入细菌，将细菌转化为微小的分子生产工厂。拥有前博士学位学生Sean Lund和现任研究生Rachael Hall，Williams设计了一种萜烯合成的人工途径，它只利用两种酶，而不是天然途径中的六种或七种酶。

“自然界使用大约两种萜烯合成途径，每种途径包含六到七种酶，”威廉姆斯说。“我们创造了第三条路线 - 一条捷径 - 有两种酶存在于自然界中，但通常不参与这一途径。”

Williams和他的团队使用的关键酶之一 - 酸性磷酸酶(PhoN) - 通常会去除磷酸盐。但在人工途径中，这种酶巧妙地进行逆反应。“由于它的混杂性，PhoN在这里特别有用，”威廉姆斯说。“酶的混杂意味着它们可以对许多不同的分子进行相同的转化。”

该团队设计了大肠杆菌，以简化途径生产几种不同品种的萜，包括番茄红素。他们发现，新途径与目前使用的更长，更难以设计的途径同样具有生产力。

“这种简单的原型途径和菌株与制造目标分子时广泛设计的那些一样有效，”威廉姆斯说。“而且因为这条路是混杂的，所以它是可定制的。”

研究人员的后续步骤包括使用该途径制备对自然界来说是陌生的萜烯，用于使用现有方法制造过于昂贵的化合物。

该工作出现在ACS合成生物学中，并得到国立卫生研究院的部分支持(授权GM104258)。