中国科学家破译了一种罕见的、天然存在的抗癌药物的生物合成途径，并首次在烟草中复制了它。

紫杉醇是一种众所周知的抗癌化合物，1962年，其首次在太平洋紫杉树中被发现。紫杉醇是一种经FDA批准的抗癌药物，用于治疗乳腺癌、卵巢癌和肺癌，这种药物会扰乱癌细胞的分裂，进而阻止细胞周期的进展。

然而，尽管紫杉醇在临床应用中取得了成功，但它的获取却极其困难。它仅占树皮的0.004%。

这种稀缺意味着，治疗一名卵巢癌患者需要3到12棵树龄超过一个世纪的紫杉树，将会导致大量紫杉树被砍伐。

与此同时，紫杉树生长缓慢，这一事实加剧了它们的稀缺性。在我国，太平洋紫杉被列为一级珍稀保护物种，与大熊猫齐名。

紫杉树的有效性和稀有性引发了对替代和可持续生产方法的广泛研究，包括从中间体半合成和植物细胞培养物的培养，这可以减少砍伐紫杉树的需要。

然而，紫杉醇的化学结构极其复杂。由于缺乏对紫杉醇生物合成几个步骤中涉及的基因的了解，使得设计完整的途径变得困难。

不过，在两位中国教授的真知灼见下，或许有办法解决这些挑战。中国农业科学院深圳农业基因组研究所的闫建斌和北京大学化学与分子工程学院的雷晓光对紫杉醇的合成途径提出了新的认识。

研究人员能够人为地构建烟草中紫杉醇关键前体的生物合成途径。闫在在论文中说：“生产紫杉醇的反应步骤可以分为三个关键过程，包括骨架的形成，基于骨架的高度功能化二萜核心骨架(baccatin III)，以及随后的苯基异丝氨酸侧链的组装。

最后一步可能是最难以捉摸的。尽管经过半个世纪的深入研究，但baccatin III的完整生物合成途径仍然未知。

研究小组最终在称为“紫杉烷氧杂环丁烷”的核心结构的形成中发现了独特的化学逻辑，并证明该过程可以在烟草植物中实现。

baccatin III的生物合成通常需要至少13种酶，但在研究人员引入两种关键酶后，他们能够将生物合成所需的酶数量减少到9种。

这两种关键酶的特殊之处在于它们的多功能性（一种称为功能混杂的特性），这意味着单一酶可能同时催化多个反应。

闫和他的团队进一步调查，试图确定这9个基因是否形成了产生bacaccatin III的关键途径。“我们试图将这两个新基因与其他已知基因共同表达，以确定我们是否可以人工重建烟草的生物合成途径。”

他补充道：“结果表明，当9个基因中的任何一个缺失时，几乎无法检测到baccatin III。这9个基因构成了baccatin III生物合成的核心途径。一些以前被认为重要的酶可能是不必要的。”

本研究为紫杉醇前体的生物合成提供了一条突破瓶颈的途径。研究人员说，这种途径可以通过基因工程引入烟草，这为未来的生产提供了机会。

研究人员面临的最后一个挑战是实现紫杉醇的批量生产。闫在论文中说：“在包括天然产物化学家、植物生理学家和合成生物学家在内的广泛领域的科学家的更多努力下，未来可能通过合成生物学实现绿色高效的紫杉醇生产。”