萜類化合物指萜烯及其官能化衍生物，是迄今為止發(fā)現(xiàn)的種類最多，分布最廣泛的次生代謝產(chǎn)物，已統(tǒng)計(jì)的萜類化合物大于70000種，在自然界中扮演著重要角色。萜類化合物傳統(tǒng)上是指所有由異戊二烯亞單位組成的天然化合物，廣泛存在于植物、海洋生物及微生物中。萜類化合物因其結(jié)構(gòu)的多樣性和復(fù)雜性，造就多種不同的功能，使其在農(nóng)業(yè)、食品、香料、醫(yī)藥和生物燃料等眾多行業(yè)都有十分廣泛的應(yīng)用。
萜類化合物按照異戊二烯單元數(shù)目，分為半萜（五碳）,單萜（十碳）,倍半萜（十五碳）, 二萜（二十碳）,三萜（三十碳），四萜等等。香葉醇是自然界中比較最常見的線性單萜，D-檸檬烯是有代表性的單環(huán)單萜。植物精油的主要成分法尼烯是具有揮發(fā)性的直鏈倍半萜；能促使落葉能抑制種子及球根頂芽的發(fā)芽的植物激素脫落酸；可以做香料兼具抗?jié)冏饔玫臋煜愦?，都是單環(huán)倍半萜；廣泛應(yīng)用于環(huán)境評(píng)價(jià)、原油成熟度及確定油源的十氫化萘環(huán)萜是雙環(huán)倍半萜。植烷是大多數(shù)鏈狀二萜的母體化合物，可以作為生物體合成葉綠素、維生素K、維生素E的前體；維生素A、松柏烯A是單環(huán)二萜；具有良好的消炎、抗菌和抗腫瘤等生物活性的甜葉菊素E、銀杏內(nèi)酯是雙環(huán)二萜。植物固醇是三萜化合物，廣泛使用于醫(yī)美的角鯊烯和角鯊?fù)槭擎湢钊?。類胡蘿卜素是四萜化合物。
萜類化合物可以通過植物提取和化學(xué)合成及微生物發(fā)酵獲得，但是植物提取會(huì)消耗很多植物資源，效率最低；而化學(xué)法易產(chǎn)生污染，涉及手性合成與拆分；所以認(rèn)為微生物發(fā)酵是一種很有潛力的方法。萜類化合物的生物合成途徑已經(jīng)被揭示，主要包括甲羥戊酸(MVA)途徑和2-C-甲基-D-赤蘚糖醇-4-磷酸( MEP)途徑兩種。在細(xì)菌中主要以MEP途徑合成，在酵母中主要以MVA途徑合成。MVA途徑和MEP途徑均能夠合成異戊烯基焦磷酸(IPP)和二甲基烯丙基焦磷酸(DMAPP)這兩種物質(zhì)，所有萜類化合物的合成均以這兩種五碳單元IPP和DMAPP為前體。IPP和DMAPP在異戊烯焦磷酸異構(gòu)酶(IDI)的作用下可相互轉(zhuǎn)換，IPP和DMAPP在香葉基焦磷酸合成酶(GPPS)的催化作用下生成香葉基焦磷酸(GPP)，GPP在法尼基焦磷酸合成酶 (FPPS)的催化作用下轉(zhuǎn)變?yōu)榉峄沽姿?FPP)，之后不同萜類化合物則在GPP和FPP的基礎(chǔ)上合成。目前隨著合成生物學(xué)技術(shù)的進(jìn)步，萜類化合物生物發(fā)酵多選用的成熟底盤有酵母及大腸桿菌，調(diào)控策略主要包括限速步驟的優(yōu)化、輔因子NADPH的調(diào)控和中心碳途徑的強(qiáng)化等。
倍半萜是指分子中含15個(gè)碳原子的萜類化合物，是含有三個(gè)異戊二烯單元。倍半萜多為液體，它們及它們的醇、酮和內(nèi)酯等含氧衍生物，也廣泛存在于植物的揮發(fā)油中，是揮發(fā)油中高沸點(diǎn)部分的主要組成部分。倍半萜從活性上看是一類很重要的萜類化合物，很多成分具有抗腫瘤、抗氧化以及增強(qiáng)免疫力等多種藥理作用，廣泛應(yīng)用于醫(yī)藥、醫(yī)美等領(lǐng)域。其中β-法尼烯可作為在農(nóng)業(yè)上的蚜蟲報(bào)警信息素，可作為合成維生素E、角烯鯊合成的中間體，還可以作為疫苗佐劑；α-紅沒藥醇因其具有很強(qiáng)的抗氧化、抗自由基、調(diào)節(jié)皮膚代謝、促進(jìn)皮膚健康等功能，被廣泛應(yīng)用于化妝品及醫(yī)藥中間體中；β-欖香烯作為一種廣譜、高效、低毒的天然抗腫瘤有效成分，被列為國家二類抗腫瘤新藥。
青島能源所系統(tǒng)微生物工程組以大腸桿菌為出發(fā)菌通過基因工程構(gòu)建了β-法尼烯高產(chǎn)重組菌，不僅具有生長周期短、培養(yǎng)成本低、遺傳操作簡單等特點(diǎn)，還進(jìn)一步提高大腸桿菌合成β-法尼烯的產(chǎn)量，生產(chǎn)出的β-法尼烯具有產(chǎn)量和純度較高、無毒無害的優(yōu)點(diǎn)，在5L發(fā)酵罐中β-法尼烯最高產(chǎn)量超過60g/L，是目前大腸桿菌發(fā)酵的最高產(chǎn)量。
構(gòu)建α-紅沒藥醇的重組菌，并對(duì)α-沒藥醇合酶基因進(jìn)行隨機(jī)突變，對(duì)突變體文庫進(jìn)行發(fā)酵篩選，采用分子動(dòng)力學(xué)模擬的方法對(duì)底物小分子與蛋白質(zhì)之間的結(jié)合模式進(jìn)行分析，再利用外排泵加快α-沒藥醇的外排等措施。提高了大腸桿菌合成α-紅沒藥醇的產(chǎn)量，生產(chǎn)出具有產(chǎn)量和純度較高的α-紅沒藥醇。
構(gòu)建β-欖香烯的重組菌，對(duì)特定酶進(jìn)行突變，構(gòu)建突變體并進(jìn)行了體內(nèi)誘導(dǎo)表達(dá)與酶活研究，再經(jīng)過酶學(xué)改造提升催化活性而提升菌的發(fā)酵能力。成功實(shí)施利用重組菌生產(chǎn)β-欖香烯前體吉瑪烯A，再利用吉瑪烯A具有熱不穩(wěn)定性，在高溫條件下發(fā)生分子內(nèi)Cope 重排而生成β-欖香烯的生物合成路線，并獲得目前的最高產(chǎn)量。
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