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現，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用于日化品、食品和藥品等領域。其中，β-?欖香烯是從姜科植物溫郁金、莪術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、化學類似物組成復雜等原因，導致其分離成本過高。中國科學院天津工業生物技術研究所與中國中醫科學院中藥資源中心合作，利用代謝工程與合成生物學技術提高釀酒酵母中萜類的生物合成通量和產物兼容性。在此基礎上，進行吉瑪烯?A?合成酶的蛋白質工程改造和高產吉瑪烯?A?工程菌創建，并成功開發吉瑪烯?A?熱轉化為?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胞研究領域取得了重要進展。丹參酮屬于松香烷型二萜化合物，是我國傳統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。中國中醫科學院中藥資源中心與中國科學院大連化學物理研究所、美國愛荷華州立大學、中國科學院遺傳與發育生物學研究所、中國科學院上海辰山植物科學研究中心、中國科學院天津工業生物技術研究所等研究單位合作，發現了催化生成丹參酮基本骨架——次丹參酮二烯的兩個功能酶，構建了高產次丹參酮二烯的酵母工程菌株。進而利用?C-13?同位素標記技術，確定了該碳骨架結構在丹參酮生物合成中的作用。在此基礎上，又發現了催化次丹參酮二烯生成代謝中間產物鐵銹醇的關鍵酶基因?CYP76AH1，并構建了高產鐵銹醇的酵母工程菌。之后又進一步發現了催化?C-7、C-11?和?C-20?位點的?P450?基因，獲得了能同時產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。中國科學院上海植物生理生態研究所通過構建甜葉菊功能基因數據庫，對甜菊糖生物合成途徑的關鍵酶進行了充分挖掘。成功鑒定了甜菊糖生物合成途徑中的關鍵酶，并在大腸桿菌底盤細胞中重構了從頭合成甜菊糖苷類化合物的非天然合成途徑。經一系列理性設計和優化，使大腸桿菌中甜菊糖生物合成的關鍵中間體產量得到大幅度提高，并成功地獲得了其主要組分RA^[。在此基礎上，該團隊又解析了甜葉懸鉤子與明日葉中甜茶素的生物合成過程，報道了?6?條新的二萜糖基轉移酶，并對其底物識別的機制進行了研究。通過不同物種來源的糖基轉移酶的正交組合，在微生物細胞中實現了甜茶素的高效全細胞轉化。該研究為實現重要二萜類糖苷化合物的合成生物制造奠定了基礎，同時為改造大腸桿菌成為復雜萜類化合物異源合成的底盤細胞提供了成功范例。