化学词典告诉你萜类化合物合成研究的进展。萜类化合物是植物数量最多的天然产物，具有重要的医疗保健作用，广泛应用于医药、食品、化工等领域。传统的萜类化合物生产方法是从植物种植中提取，严重破坏野生植物的资源、土壤和环境。微生物细胞工厂生产萜类化合物是一种新型的生产模式，是目前国际研究的热点。
类胡萝卜素是一种代表性的萜类化合物，包括番茄红素β-胡萝卜素、虾青素等。中国科学院天津工业生物技术研究所研究员张学利领导的微生物代谢工程研究团队在大肠杆菌生产胡萝卜素改造初期有良好的研究基础。一方面，通过中央代谢途径的系统改造，提高ATP和NADPH的供应，解决萜类化合物合成途径中辅因素不足的问题；另一方面，通过细胞膜形态和细胞膜合成的改造，提高大肠杆菌的细胞膜含量，解决萜类化合物在底盘细胞中的储存问题。
近日，张学礼研究组与中国科学院上海生命科学研究院植物生理生态研究所研究员杨晨合作，在萜类化合物通用前合成途径改造方面取得新进展。萜类化合物的通用前体合成有两种方法，一种是MEP，另一种是MVA。这两种方法都可以为萜类化合物提供最关键的前体代谢物异戊烯焦磷酸（IPP）。大肠杆菌本身含有MEP路径。早期研究发现，DXS和IDI是MEP路径中的关键限速因素。然而，目前对其他相关基因的研究较少，目前尚不清楚MEP路径中是否有其他限速因素。该研究系统研究了MEP途径中的其他五个基因（dxr, ispD,ispE, ispG和ispH）的表达量和β-胡萝卜素产量的相互关系。通过构建启动子文库来调节这五个基因，研究细胞生长β-发现ispg基因表达量、细胞生长以及胡萝卜素产量和代表性菌株相应基因的转录水平β-胡萝卜素产量呈反比。发现ISPG活性过高会导致其催化产物HMBPP的积累；表达ISPG下游的ISPH基因可以避免HMBPP的积累，缓解生长抑制β-胡萝卜素产量增加73%。根据转录组的分析，HMBPP的积累会显著降低与核酸和蛋白质合成相关的基因，表明HMBPP是一种有毒的中间代谢物。该研究表明，ispg和ispH是MEP途径的另一个重要限速步骤，它们需要协同表达才能发挥作用。本研究进一步明确了MEP途径的调节机制，对构建高产萜类化合物的细胞工厂具有普遍意义。
研究工作得到了国家自然科学基金、天津自然科学基金和天津科技支持计划重点项目的支持，相关成果在Metabolic发表 在Enginering上。
