萜烯是一类具有结构多样性的天然产物，在药物、芳香化合物和替代生物燃料具有广泛应用。萜烯的碳骨架由甲基支链C5异戊二烯单元的整数倍组成，这一结构特征与它们共同的生物合成来源直接相关：二甲基烯丙基二磷酸（DMAPP）和异戊烯基二磷酸（IPP）。DMAPP和IPP通过决定延伸步骤数量的异戊二烯基转移酶组装成低聚异戊二烯基二磷酸，产生香叶基二磷酸（GPP，C10）、法尼烷基二磷酸（FPP，C15）或香叶基香叶基二磷酸（GGPP，C20）。线性前体随后被萜环化酶（TC）转化，通过复杂的碳阳离子级联反应催化支架形成。这些生物合成途径导致具有原型聚异戊二烯骨架的典型萜烯的形成。偏离“生物异戊二烯规则”的萜烯非常罕见。高萜类化合物在其聚异戊二烯骨架中携带额外的碳，仅占18万种已知萜类化合物的一小部分，代表了一个尚未充分开发的天然产物家族。两种植物高萜4,8-二甲基-1,3,7-壬三烯（DMNT，1，C11）和4,8,12-三甲基十三碳-1,3,7,11-四烯（TMTT，2，C16）是重要的化学防御化合物，分别通过从（E）-橙花叔醇和（E，E）-香叶基芳樟醇中氧化去除C4单元进行生物合成。最近，细菌中也发现了唯一的高单萜2-甲基异冰片（3，C11）和高倍半萜sodorifen（4，C16），它们是通过另一种生物合成策略产生的，该策略在支架组装之前需要甲基转移酶（MT）介导的C1加成。

图片来源：Angew. Chem. Int. Ed.

近期，University of Konstanz的Lena Barra课题组通过靶向基因组挖掘和酶促体外重建，在放线菌中发现了一种新的非典型高萜生物合成途径。

图片来源：Angew. Chem. Int. Ed.

该途径包括由具有独特双重功能的新型甲基转移酶家族催化的法尼二磷酸（FPP）的初始甲基化诱导双键异构化为（2E，7E）-6-甲基法尼二磷酸盐。由此产生的FPP线性C16双键异构体构成了一个独特的I型萜环化酶家族的特定底物，催化各种环化反应。通过对九对酶的功能表征，发现了五种前所未有的高萜天然产物。酶学的新颖性使得能够开发新的生物催化和基因可编程的合成策略，以制备具有潜在独特性质的甲基化萜类化合物。

图片来源：Angew. Chem. Int. Ed.

原文标题：Non-Canonical C16 Homoterpene Biosynthesis Widespread in Actinobacteria

原文作者：Tatjana Reuter+, Lars Dieminger+, Sarah Steidle, Katrin Zoller, Maximilian Holocher Lin Zhou, Dominik Matthias Hanauska, Katharina Racz, and Lena Barra*

Angew. Chem. Int. Ed. 2024, e202418613