中國科學家破譯了一種罕見的、天然存在的抗癌藥物的生物合成途徑，並首次在菸草中複製了它。
紫杉醇是一種眾所周知的抗癌化合物，1962年，其首次在太平洋紫杉樹中被發現。紫杉醇是一種經FDA批准的抗癌藥物，用於治療、卵巢癌和肺癌，這種藥物會擾亂癌細胞的分裂，進而阻止細胞週期的進展。
然而，儘管紫杉醇在臨床應用中取得了成功，但它的獲取卻極其困難。它僅佔樹皮的0.004%。
這種稀缺意味著，治療一名患者需要3到12棵樹齡超過一個世紀的紫杉樹，將會導致大量紫杉樹被砍伐。
與此同時，紫杉樹生長緩慢，這一事實加劇了它們的稀缺性。在我國，太平洋紫杉被列為一級珍稀保護物種，與大熊貓齊名。
紫杉樹的有效性和稀有性引發了對替代和可持續生產方法的廣泛研究，包括從中間體半合成和植物細胞培養物的培養，這可以減少砍伐紫杉樹的需要。
然而，紫杉醇的化學結構極其複雜。由於缺乏對紫杉醇生物合成幾個步驟中涉及的基因的瞭解，使得設計完整的途徑變得困難。
不過，在兩位中國教授的真知灼見下，或許有辦法解決這些挑戰。中國農業科學院深圳農業基因組研究所的閆建斌和北京大學化學與分子工程學院的雷曉光對紫杉醇的合成途徑提出了新的認識。
研究人員能夠人為地構建菸草中紫杉醇關鍵前體的生物合成途徑。閆在在論文中說：“生產紫杉醇的反應步驟可以分為三個關鍵過程，包括骨架的形成，基於骨架的高度功能化二萜核心骨架(baccatin III)，以及隨後的苯基異絲氨酸側鏈的組裝。
最後一步可能是最難以捉摸的。儘管經過半個世紀的深入研究，但baccatin III的完整生物合成途徑仍然未知。
研究小組最終在稱為“紫杉烷氧雜環丁烷”的核心結構的形成中發現了獨特的化學邏輯，並證明該過程可以在菸草植物中實現。
baccatin III的生物合成通常需要至少13種酶，但在研究人員引入兩種關鍵酶後，他們能夠將生物合成所需的酶數量減少到9種。
這兩種關鍵酶的特殊之處在於它們的多功能性（一種稱為功能混雜的特性），這意味著單一酶可能同時催化多個反應。
閆和他的團隊進一步調查，試圖確定這9個基因是否形成了產生bacaccatin III的關鍵途徑。“我們試圖將這兩個新基因與其他已知基因共同表達，以確定我們是否可以人工重建菸草的生物合成途徑。”
他補充道：“結果表明，當9個基因中的任何一個缺失時，幾乎無法檢測到baccatin III。這9個基因構成了baccatin III生物合成的核心途徑。一些以前被認為重要的酶可能是不必要的。”
本研究為紫杉醇前體的生物合成提供了一條突破瓶頸的途徑。研究人員說，這種途徑可以透過基因工程引入菸草，這為未來的生產提供了機會。
研究人員面臨的最後一個挑戰是實現紫杉醇的批次生產。閆在論文中說：“在包括天然產物化學家、植物生理學家和合成生物學家在內的廣泛領域的科學家的更多努力下，未來可能透過合成生物學實現綠色高效的紫杉醇生產。”
