中药丹参的活性成分——丹参酮类化合物为一系列松香烷类去甲二萜醌类化合物，目前主要通过从丹参根茎中提取得到，产量低，需要消耗大量药材。由于提取物成份复杂，不利于阐明药效机制和新药研发。因此，解析丹参酮的生物合成途径，进行单一化合物的异源生产，具有重要科学意义和应用价值。中国中医科学院中药研究所黄璐琦研究员团队此前鉴定了两个酶SmCPS和SmKSL，具有转化香叶基香叶基焦磷酸（GGPP）合成丹参酮前体二萜化合物次丹参酮二烯的功能，并发现这两个蛋白可能存在分子间相互作用。

      在杨胜利院士建议下，我所赵宗保研究员与黄璐琦研究员合作，以丹参酮为目标，开展合成生物学理念指导下的萜类化合物异源生物合成研究。科研人员建立了“模块途径工程”策略，可在酵母细胞中快速组装代谢途径。在此基础上，通过设计模块组合方式，系统考虑途径中涉及的前体供给、限速步骤、底物传输和代谢流分配等问题，对编码SmCPS、SmKSL、法呢基焦磷酸合酶、GGPP合酶和甲羟戊酸还原酶等五个蛋白的基因进行了操作，最优的工程菌株在15-L发酵罐中培养，次丹参酮二烯产量达到365mg/L的国际先进水平。

      在该项研究中，我所李国辉研究员领导的分子模拟与设计研究组（1106组）对SmCPS和SmKSL融合蛋白的结构进行了分子模拟，发现不同融合方式导致催化中心空间距离差异，为解释代谢途径的性能提供了理论支持。

      本工作得到的菌株不仅可用于制备次丹参酮二烯，奠定了进一步解析丹参酮生物合成途径的基础，而且对设计和改造萜类化合物代谢途径，生产液体生物燃料和其他高值生物基化学品具有重要借鉴意义。

      该研究得到了国家自然科学基金委和我所科研创新基金的资助。（文/图 周雍进）