近日，天然产物研究领域国际顶级综述期刊Natural Product Reports（NPR, IF: 10.6）在线发表了我院董廖斌教授课题组的最新综述论文Engineering Class I Terpene Synthases for Skeletal Diversity: Strategies and Applications。本文系统总结了I型萜类合酶的工程化改造策略及其在萜类骨架多样性生成中的应用。2022级博士研究生潘兴明和2024级博士研究生李海鑫为本文共同第一作者，董廖斌教授为独立通讯作者，中国药科大学为唯一通讯单位。
萜类化合物是自然界中数量最多、结构最多样化的天然产物家族，目前已鉴定超过10万种化合物，在医药（如紫杉醇、青蒿素）、农业、香料和生物燃料等领域具有广泛应用。I型萜类合酶是萜类生物合成的核心酶，其特征性的α-螺旋折叠结构通过催化线性异戊烯基焦磷酸底物的离子化，产生高活性的碳正离子中间体，继而经历一系列精密调控的分子内环化、重排和淬灭反应——即碳正离子级联反应——最终生成结构复杂的单萜、倍半萜、二萜和倍半二萜（C10–C25）骨架。工程化改造I型萜类合酶可实现非天然萜类骨架的生物合成、药物先导化合物的结构优化以及高价值萜类的绿色生产，已成为合成生物学和天然产物化学领域的研究热点。
该综述系统梳理了I型萜类合酶的六大工程化策略：结构引导的理性设计（靶向活性位点残基、水分子网络和保守基序）、进化与比较方法（利用自然变异和系统发育分析）、机制聚焦的工程改造（控制碳正离子中间体和反应分支点）、活性位点外的工程策略（第二壳层工程和接触网络映射）、蛋白质片段工程（结构域交换和嵌合酶构建）以及半理性和随机方法（丙氨酸扫描、饱和突变和定向进化）。综述还探讨了计算模拟、机器学习和高通量筛选等新兴技术在酶工程中的应用前景，为萜类化合物的生物合成研究提供了重要的理论指导和方法学参考。值得一提的是，董廖斌教授课题组此前已在NPR发表了II型萜类环化酶的系统性综述（Nat. Prod. Rep., 2024, 41, 402-433），本文与其形成互补，共同构建了萜类合酶研究领域的完整知识体系。
关联示意图
上述工作得到了国家自然科学基金（82473823）、江苏省杰出青年基金（BK20240097）等项目资助。
文章链接：https://doi.org/10.1039/D5NP00066A