生物发酵法以简单碳源全合成蒂巴因（二甲基吗啡）已在酿酒酵母中实现。近日，日本科学家首次在大肠杆菌中实现蒂巴因的全合成。以甘油为碳源，利用四种工程菌的逐级发酵使蒂巴因产量达到2.1 mg/L，是已报道酿酒酵母效率的300倍。

大肠杆菌逐级全合成蒂巴因的代谢途径

相关文章发表在2016年2月5号的Nature Communications：Totalbiosynthesis of opiates by stepwise fermentation using engineered Escherichiacoli。

从简单碳源（葡萄糖、甘油等）合成蒂巴因，需要经过L-酪氨酸、L-多巴胺、四氢罂粟灵（THP）、S-网脉碱和R-网脉碱等关键中间体。此前，研究者已经分别构建了大肠杆菌细胞工厂来合成L-酪氨酸、L-多巴胺及S-网脉碱，但从S-网脉碱到R-网脉碱是限速步骤。

该研究中，研究者通过实验证明来自中药黄连（Coptisjaponica）的甲基转移酶CNMT (coclaurineN-methyltransferase)和4’OMT (4’-O-methyltransferase)的组合可实现从四氢罂粟灵生成(S, R)-网脉碱16mg/L，其中R-网脉碱4.9 mg/L。对比此前已报道的负责S-网脉碱到R-网脉碱转化的细胞色素P450氧化还原酶STORR，他们筛选到来自拟南芥（Arabidopsisthaliana）的ATR2，在删减ATR2的N基端并添加5-氨基乙酰丙酸（5-ALA）时可检测到R-网脉碱的合成，但不及CNMT和4’OMT的组合效果。

表达N基端删减的SalS (salutaridinesynthase)可实现由R-网脉碱合成沙罗泰里啶（Salutaridine）。组合SalS及蒂巴因合成下游基因SalR(salutaridine reductase)和SalAT(salutaridinol 7-O-acetyltransferase)，可由200 uM (S, R)-网脉碱的等量混合物合成54 uM的蒂巴因。

在打通了各中间体的合成途径后，研究者利用四种工程菌：多巴胺合成菌AN1126，(R, S)- 四氢罂粟灵（THP）合成菌AN1055及转化(S, R)-网脉碱到蒂巴因的工程菌AN1600和 AN1829进行逐级发酵，实现从甘油出发全合成蒂巴因，产量达到2.1 mg/L。