中藥丹參的活性成分——丹參酮類化合物為一系列松香烷類去甲二萜醌類化合物，目前主要通過從丹參根莖中提取得到，產(chǎn)量低，需要消耗大量藥材。由于提取物成份復雜，不利于闡明藥效機制和新藥研發(fā)。因此，解析丹參酮的生物合成途徑，進行單一化合物的異源生產(chǎn)，具有重要科學意義和應用價值。中國中醫(yī)科學院中藥研究所黃璐琦研究員團隊此前鑒定了兩個酶SmCPS和SmKSL，具有轉(zhuǎn)化香葉基香葉基焦磷酸（GGPP）合成丹參酮前體二萜化合物次丹參酮二烯的功能，并發(fā)現(xiàn)這兩個蛋白可能存在分子間相互作用。
在楊勝利院士建議下，我所趙宗保研究員與黃璐琦研究員合作，以丹參酮為目標，開展合成生物學理念指導下的萜類化合物異源生物合成研究。科研人員建立了“模塊途徑工程”策略，可在酵母細胞中快速組裝代謝途徑。在此基礎上，通過設計模塊組合方式，系統(tǒng)考慮途徑中涉及的前體供給、限速步驟、底物傳輸和代謝流分配等問題，對編碼SmCPS、SmKSL、法呢基焦磷酸合酶、GGPP合酶和甲羥戊酸還原酶等五個蛋白的基因進行了操作，最優(yōu)的工程菌株在15-L發(fā)酵罐中培養(yǎng)，次丹參酮二烯產(chǎn)量達到365mg/L的國際先進水平。
在該項研究中，大連化物所李國輝研究員領導的分子模擬與設計研究組（1106組）對SmCPS和SmKSL融合蛋白的結(jié)構(gòu)進行了分子模擬，發(fā)現(xiàn)不同融合方式導致催化中心空間距離差異，為解釋代謝途徑的性能提供了理論支持。
本工作得到的菌株不僅可用于制備次丹參酮二烯，奠定了進一步解析丹參酮生物合成途徑的基礎，而且對設計和改造萜類化合物代謝途徑，生產(chǎn)液體生物燃料和其他高值生物基化學品具有重要借鑒意義。
該研究得到了國家自然科學基金委和我所科研創(chuàng)新基金的資助。
