近日，研究组在萜类合酶产物杂泛性机理挖掘与理性改造方面取得重要进展，相关研究成果以Reprogramming product selectivity and activity in promiscuous terpene synthases via substrate conformation engineering为题发表于《Nature Communications》。

萜类是数量庞大的天然产物家族，临床抗肿瘤药物β‑榄香烯即属于该家族。β‑榄香烯通过前体吉玛烯A经热重排得到。萜类合酶是萜类合成的核心酶，但天然萜类合酶普遍存在催化混杂性；传统改造策略大多针对稳定碳正离子中间体的活性位点，往往会出现“催化活性‑产物选择性此消彼长”的矛盾，制约萜类细胞工厂的开发。

本研究以真菌来源的吉玛烯A合酶FpGAS为对象，发掘到底物口袋内壁T169残基是一枚关键“分子开关”。该位点不直接参与碳正离子中间体稳定，可通过改变侧链体积重塑口袋空间，调控底物FPP的结合构象，进而重编程产物谱，规避活性与选择性相互制约的难题。研究证实，T169G小侧链突变有利于底物形成环化构象，大幅提升吉玛烯A生成；大侧链突变则产生空间位阻，抑制环化反应、切换主产物为β‑法尼烯。

在T169G基础上，研究人员进一步对口袋外壳残基优化，获得双突变菌株。摇瓶条件下吉玛烯A产量较野生型提升24.3倍，达到 1.99 g/L。经过5 L生物反应器发酵工艺优化，采用葡萄糖为唯一碳源，结合十二烷原位萃取解除产物抑制，工程菌株有机相吉玛烯A产量达到15.8 g/L，刷新大肠杆菌底盘合成该化合物的最高水平。

该工作跳出传统改造范式，证明底物初始结合构象是调控萜类合酶产物走向的关键，底物口袋内非催化残基可作为高效改造靶点。研究不仅得到高性能的吉玛烯A合酶突变体，推动β‑榄香烯绿色生物制造向前迈进，也为碳正离子级联类酶的蛋白工程改造提供新思路。

东升、刘红双、廖韦红为论文共同第一作者，门潇副研究员、张海波研究员为共同通讯作者。研究得到国家重点研发计划、国家自然科学基金、泰山学者、青岛新能源山东省实验室开放课题等项目支持。

原文链接：https://www.nature.com/articles/s41467-026-77224-6