萜类化合物作为在食品、医疗和化妆品行业中有着广应用前景的天然产物，是目前被大量关注和研究的一类高附加值产品。
随着环保意识的日益提高和基于可持续生产的考量，以微生物生物合成替代自然提取或化工合成已成为大规模生产的最具商业可行性的选择。
生物合成依赖于宿主体内的甲羟戊酸途径（MVA）或赤藓糖磷酸酯途径(MEP）来提供萜类共同前体异戊烯基焦磷酸（IPP）和二甲基烯丙基焦磷酸（DMAPP）。
这些途径本身受碳的限制，能量效率较低，导致了类异戊二烯生物合成很难实现高通量及高产量，是阻碍生物合成萜类工业化生产的主要限制因素之一。
同时其会与宿主争夺生存所需的能量和物质等，比如在酵母中，典型的萜类前体与对酵母生存至关重要的甾醇的生物合成紧密相连。
近期，中国农业科学院农业基因组研究所的黄三文等人在PNAS发表文章”Engineering a universal and efficient platform for terpenoid synthesis in yeast”，为解决酿酒酵母高产萜类物质和菌株良好生长这一矛盾提供了一种思路。
作者通过在酿酒酵母中引入异戊烯醇两步磷酸化利用途径（isopentenol utilization pathway, IUP)，结合外源添加常见的化工原料异戊烯醇及戊烯醇，成功使宿主体内的IPP/DMAPP产量提高147倍，达到1.2μmol/g DCW。
作者进一步以此建立了高效合成二、四萜前体香叶基香叶基焦磷酸（geranylgeranyl Diphosphate, GGPP）的三步合成路线，使GGPP的合成水平提高了374倍，达到0.9μmol/g DCW，同时避免了与宿主依赖法尼基焦磷酸（farnesyl diphosphate, FPP）合成甾醇的竞争。
随后以此平台概念性验证了所有萜类化合物类型的完整合成途径，有效提高了包括单萜（柠檬烯）、倍半萜（紫穗槐二烯）、二萜（紫衫烯）、三萜（香树脂醇）和四萜（番茄红素）等萜类化合物的产量（2-27倍），为支持酵母中萜类化合物的合成提供了一个通用有效的平台。
拓展
这并不是异戊烯醇利用途径首次应用于微生物萜类合成。根据2021年Genes杂志刊发的综述“The Terpene Mini-Path, a New Promising Alternative for Terpenoids Bio-Production ”显示，该类途径最早于2016年提出，并根据所用两步磷酸化酶的不同而有所区别。
随后陆续被应用到体外酶促转化或体内合成测试，2019年已经有人开始在大肠杆菌中进行体内包括番茄红素、柠檬烯、牻牛儿醇、橙花醇等萜类物质的合成，都取得了不错的效果。
在酵母应用方面，2020年江南大学周景文等团队通过在解脂耶氏酵母中引入异戊烯醇利用途径IUP等策略，在3-L发酵罐中实现4.2 g / L番茄红素滴度，是当时报道番茄红素的最高产量。2021年江南大学徐建中和张伟国等人在毕赤酵母中利用IUP途径成功构建从异戊二烯醇两步法合成IPP，通过细胞质和过氧化物酶体的双重调控等策略，实现2.5 g/L α-法尼烯的产量。
1.合成DMAPP和IPP时所需的反应从22步减少至2-3个，大大缩短合成途径。
2.与内源MVA途径生产1 mol IPP需要3 mol ATP 和2 mol NADPH相比，IUP途径仅需2 mol ATP来合成1 mol IPP，减少了对辅因子和能量的需求。
3.异戊烯醇和戊烯醇是廉价的工业化合物，可以大量使用并且部分溶于水。且其为中性小分子，疏水强，可轻松通过生物膜，无需转运蛋白即可被内化。
4.可根据产物类别调整添加到培养基中的异戊烯醇和戊烯醇比例，单萜（理论1：1）、倍半萜（理论1：2）、二萜（理论 1：3）、三萜（理论 1：5）和四萜（理论1：7）。
但与此同时，综述中也提出了目前异戊烯醇利用的一些阻碍：比如其对细胞有毒并且根据所使用的微生物底盘有不同的使用阈值，需仔细控制两种醇的添加时间和添加速率；且该类物质目前是化学合成的，对于希望生产天然产物的目标不利。
不过2021年美国联合生物能源研究所的Taek Soon Lee团队在Metabolic Engineering杂志上发表的文章“Engineering Saccharomyces cerevisiae for isoprenol production” 显示其成功以酿酒酵母为底盘细胞从头合成异戊烯醇，其摇瓶培养的最高产量为383.1±31.62mg/L。
总结
