北卡羅來納州立大學(xué)的研究人員開發(fā)了一種人工酶促途徑，用于合成大腸桿菌中的類異戊二烯或萜類化合物。這種更短，更有效，更具成本效益和可定制的途徑將大腸桿菌轉(zhuǎn)變?yōu)榭梢陨a(chǎn)萜烯的工廠，用于從癌癥藥物到生物燃料的各種物質(zhì)。

萜烯是一大類天然分子，可用于醫(yī)藥，化妝品，食品和生物燃料等行業(yè)。在自然界中，萜烯存在于植物和微生物中; 例如，番茄紅素 - 它給西紅柿的顏色 - 是一種萜烯。

由于直接從天然來源提取這些分子是不切實(shí)際的，科學(xué)家們可以利用生物合成來生產(chǎn)這些分子。然而，傳統(tǒng)上生物合成萜烯已證明具有挑戰(zhàn)性。

“萜烯很難進(jìn)行生物合成，因?yàn)榇笞匀恢圃爝@些分子的構(gòu)建模塊的方法冗長，復(fù)雜并且涉及難以設(shè)計(jì)的酶，”北卡羅來納州立大學(xué)化學(xué)副教授，一篇論文的主要作者Gavin Williams說。工作。“這些困難反過來又使微生物難以大量制造這些分子。”

威廉姆斯與大腸桿菌合作，將酶途徑插入細(xì)菌，將細(xì)菌轉(zhuǎn)化為微小的分子生產(chǎn)工廠。擁有前博士學(xué)位 學(xué)生Sean Lund和現(xiàn)任研究生Rachael Hall，Williams設(shè)計(jì)了一種萜烯合成的人工途徑，它只利用兩種酶，而不是天然途徑中的六種或七種酶。

“自然界使用大約兩種萜烯合成途徑，每種途徑包含六到七種酶，”威廉姆斯說。“我們創(chuàng)造了第三條路線 - 一條捷徑 - 有兩種酶存在于自然界中，但通常不參與這一途徑。”

Williams和他的團(tuán)隊(duì)使用的關(guān)鍵酶之一 - 酸性磷酸酶(PhoN) - 通常會去除磷酸鹽。但在人工途徑中，這種酶巧妙地進(jìn)行逆反應(yīng)。“由于它的混雜性，PhoN在這里特別有用，”威廉姆斯說。“酶的混雜意味著它們可以對許多不同的分子進(jìn)行相同的轉(zhuǎn)化。”

該團(tuán)隊(duì)設(shè)計(jì)了大腸桿菌，以簡化途徑生產(chǎn)幾種不同品種的萜，包括番茄紅素。他們發(fā)現(xiàn)，新途徑與目前使用的更長，更難以設(shè)計(jì)的途徑同樣具有生產(chǎn)力。

“這種簡單的原型途徑和菌株與制造目標(biāo)分子時廣泛設(shè)計(jì)的那些一樣有效，”威廉姆斯說。“而且因?yàn)檫@條路是混雜的，所以它是可定制的。”

研究人員的后續(xù)步驟包括使用該途徑制備對自然界來說是陌生的萜烯，用于使用現(xiàn)有方法制造過于昂貴的化合物。