胡蘿卜中富含胡蘿卜素，在人體內(nèi)能夠轉(zhuǎn)化成維生素A，能夠在一定程度上保護(hù)視力。玫瑰系的香味是很多女孩的最愛，也是很多甜品愛好者的選擇，玫瑰系香精中的主要香味成分則是香葉醇。
這些在生活中極其重要的化合物雖然看起來(lái)毫不相干，但實(shí)際上都屬于同一類物質(zhì)——萜類。萜類是廣泛存在于植物體內(nèi)的一種碳?xì)浠衔?，大多具有香味，可以參與并調(diào)節(jié)植物的生長(zhǎng)，同時(shí)也在食品、醫(yī)藥、化妝品等行業(yè)有諸多的應(yīng)用，大部分的萜類具有揮發(fā)性，也因此較易從植物中進(jìn)行提取。
胡蘿卜素(左)，香葉醇(右)
萜類在體內(nèi)通過(guò)整數(shù)個(gè)異戊二烯衍生生成，因此其分子量是異戊二烯的整數(shù)倍，萜類通過(guò)參與合成的異戊二烯單元的個(gè)數(shù)進(jìn)行分類，一個(gè)異戊二烯稱為半萜，兩個(gè)異戊二烯稱為單萜，三個(gè)稱為倍半萜，以此類推。雖然如此，異戊二烯并不直接參與萜類的合成，它會(huì)在體內(nèi)被焦磷酸化形成活性的形式也就是異戊烯基二磷酸(IPP, isopentenyl pyrophosphate)和二甲丙烯二磷酸(DMAPP, dimethylallyl pyrophosphate)，生物體內(nèi)通過(guò)甲羥戊酸途徑(MVA途徑)合成IPP，然后借助下游酶的幫助向下繼續(xù)合成，生成萜類物質(zhì)。
異戊二烯
但隨著社會(huì)的需求量日益增大，從天然產(chǎn)品中獲取的萜類越來(lái)越不能夠滿足人們的需要，合成生物學(xué)成為生產(chǎn)萜類的一個(gè)新型辦法。
合成生物學(xué)是建立在基因工程基礎(chǔ)上的一門學(xué)科，它通過(guò)構(gòu)建人工的生物系統(tǒng)，完成人們的目的。它可以將細(xì)菌、真菌乃至動(dòng)植物細(xì)胞改造成為細(xì)胞工廠，使其能夠合成所需的產(chǎn)物。
就如同建造真正的工廠一樣，建造一個(gè)細(xì)胞工廠也需要構(gòu)建一條完整的流水線，這條流水線以細(xì)胞內(nèi)的某種代謝中間物或產(chǎn)物，或者是人為添加的某種底物為原料，經(jīng)過(guò)一系列的酶促反應(yīng)，生成最終的產(chǎn)品。
大腸桿菌工程菌生產(chǎn)香葉醇的代謝流程
以香葉醇的合成為例，工程菌大腸桿菌利用自身的有氧呼吸途徑，將葡萄糖代謝為乙酰輔酶A(A-CoA)，然后再通過(guò)MVA途徑轉(zhuǎn)化為甲羥戊酸，甲羥戊酸再經(jīng)過(guò)五個(gè)酶的作用形成香葉醇的前體GPP，最后在GES的作用下合成最終產(chǎn)物香葉醇。通過(guò)分子生物學(xué)技術(shù)將表達(dá)這些酶的外源基因連接到一個(gè)載體上，然后將這個(gè)載體轉(zhuǎn)化進(jìn)入大腸桿菌的感受態(tài)細(xì)胞中，并使用抗生素篩選，這就完成了細(xì)胞工廠的構(gòu)建。
中科院青島能源所生物基材料組群通過(guò)表達(dá)甲羥戊酸途徑，以及GPPS2、GES這些合成過(guò)程中的關(guān)鍵酶，使搖瓶中香葉醇的產(chǎn)量達(dá)到68.63 mg/L，并且通過(guò)建立水-有機(jī)兩相發(fā)酵體系獲得了2 g/L的香葉醇。通過(guò)這樣的細(xì)胞工廠，就可以低成本、高效率并且連續(xù)地進(jìn)行香葉醇的生產(chǎn)。
合成生物學(xué)的方法已經(jīng)越來(lái)越多地被應(yīng)用于各種化合物的生產(chǎn)。它被認(rèn)為是一種綠色且高效的生產(chǎn)技術(shù)，在萜類生產(chǎn)領(lǐng)域越來(lái)越受到重視。
(文章來(lái)源：中國(guó)科學(xué)院青島生物能源與過(guò)程研究所)
