从药物到香水，大自然提供了无数药品和消费品中所需的许多关键化学化合物。现在，由南佛罗里达大学的研究人员设计的尖端技术正在改变科学家分离这些珍贵分子的方式。
“植物天然产品已广泛应用于众多行业，”南佛罗里达大学化学与生物医学工程系教授，佛罗里达21世纪世界级学者教授Ramon Gonzalez博士说。“短叶红豆杉，例如，太平洋紫杉植物，含有用于生产几种癌症治疗的化疗药物的分子。问题在于许多这些产品价格昂贵且难以有效提取。”
Gonzalez和他的研究团队将他们的努力集中在一类名为类异戊二烯的植物天然产物(PNP)上。在自然界中合成了超过50,000种这些类异戊二烯，它们代表人类已知的结构和化学上最多的分子类别之一。
例如，番茄红素是一种类异戊二烯，可以为西红柿和其他红色水果和蔬菜提供颜色。除了天然色素沉着外，番茄红素还可以降低血压，预防心脏病，甚至可以帮助预防几种类型的癌症。
柑橘类水果皮还含有一种名为柠檬烯的类异戊二烯。提取时，柠檬烯用作清洁产品中的柠檬或橙色香料，或用作不同药物中的调味剂。
“自然界没有开发出这些有效生产这些分子的途径，”Gonzalez说。“这些代谢途径在这些植物中起着自己的作用，因此，研究人员理想的提取这些类异戊二烯具有挑战性。更不用说培养从中提取分子所需的植物所需的固有成本和时间。 “。
为了克服这个根本问题，Gonzalez和他的团队致力于开发一种合成类异戊二烯的创新工艺。从本质上讲，他们已经能够创造一种合成的代谢途径，使科学家能够以受控和有效的方式获取这些必需的化合物。
他们的工作发表在美国国家科学院院刊上，概述了该团队开发用于合成类异戊二烯的工程微生物。通过在实验室中开发这些微生物，研究人员能够改变其生物功能并将微生物的新陈代谢用作生物合成的途径。
把它想象成酿造啤酒。在啤酒中，酵母代谢糖以产生所需的产物 - 酒精。对于研究人员来说，他们利用微生物的新陈代谢来生产不同的产品 - 在这种情况下，就是类异戊二烯。通过在微生物中设计他们所谓的类异戊二烯醇途径，科学家能够引入通过该途径产生类异戊二烯分子的碳源。好处是双重的; 这些进步不仅使研究人员能够直接在微生物中合成类异戊二烯，而且该途径本身也经过优化，可最大限度地提高效率。
“我们相信我们的研究将改变长达数十年的类异戊二烯生物合成范式，迄今为止，它完全依赖于设计自然界中存在的两种途径，”Gonzalez说。“这是令人兴奋的进步，我们认为这将对世界各地的研究产生广泛的影响。”