近日，华东理工大学生物工程学院生物催化与合成生物团队郁惠蕾课题组在《自然—通讯》上发表研究论文。该研究成功开发出一种紫杉烷非天然氧化酶工具箱，能够实现紫杉烷骨架C-4、C-6、C-10、C-11、C-12和C-13位点的区域和立体选择性氧化。该工具箱不仅实现了15个紫杉烷新结构的高效合成，更为人工重构紫杉醇及其类似物的高效合成路线奠定了坚实基础。
紫杉醇是一种四环二萜类化合物，以其抗癌功效而闻名。其结构衍生物多西他赛与卡巴他赛同样被广泛应用于多种恶性肿瘤的治疗。目前紫杉醇主要依靠半合成法制备，虽比早期直接从红豆杉树皮提取的方法有所改进，但仍依赖于从红豆杉针叶中提取关键前体 10-脱乙酰巴卡亭Ⅲ。近年来在世界各国科学家的共同努力下，紫杉醇天然生物合成途径被逐步解析，但是下游紫杉烷氧化修饰步骤是阻碍紫杉醇生物合成研究的最大瓶颈。至今为止，这些负责对紫杉烷骨架进行多位点氧化修饰的天然P450酶，仍然存在催化效率低、催化混杂性强、异源表达差、反应路径仍然不清晰等问题，导致紫杉醇的异源生物合成依然困难重重。
面对天然紫杉烷氧化酶的技术局限，研究团队另辟蹊径，寻找非天然的紫杉烷氧化酶替代方案。研究团队从29种真菌来源的过氧化物酶和过加氧酶中进行了筛选，最终发现来自太瑞斯梭孢壳霉的非特异性过加氧酶TteUPO对紫杉二烯具有最高的氧化活性和优异的蛋白表达水平，这也是首次发现对紫杉二烯具有氧化活性的非天然氧化酶。研究团队解析了TteUPO的晶体结构，通过重塑该酶的底物通道，成功实现催化效率的提高和氧化位点的拓展。研究成功构建了一个包含7个关键突变体的氧化酶工具箱，能够对紫杉烷骨架的6个不同位点实现高区域和立体选择性的氧化。该氧化酶工具箱不仅对紫杉二烯具有良好催化效果，对多种氧化态更高的紫杉烷衍生物同样表现出优异的催化性能。这项研究不仅为解决紫杉醇下游修饰难题提供了丰富的酶工具箱，更为紫杉醇等复杂天然产物的绿色生物合成开辟了全新路线。