紫杉醇是一种从红豆杉树皮中提取的高价值二萜类抗癌药物，广泛应用于多种恶性肿瘤的临床治疗。因红豆杉属于国家一级保护濒危植物，生长缓慢且紫杉醇含量极低，天然资源极度稀缺。从人工种植红豆杉的枝叶中提取前体巴卡亭Ⅲ，再经化学修饰合成紫杉醇是目前临床使用的主要来源，但这种半合成路线也面临成本高昂的瓶颈，难以满足日益增长的临床需求。因此，利用合成生物学手段进行紫杉醇生物制造是一种行之有效的解决办法。
2026年10月21日，深圳大学胡章立讲席教授团队在Nature Communications在线发表题为“Engineering the paclitaxel biosynthetic pathway in Physcomitrium patens for de novo and stable biosynthesis”的研究论文。通过工程化改造小立碗藓（Physcomitrium patens）底盘细胞，从头重构紫杉醇生物合成通路，实现紫杉醇的稳定生物合成。
由于紫杉醇结构复杂，其生物合成途径非常复杂。科学家们历时三十余年才逐步解析这一途径。到目前为止，紫杉醇异源生物合成的报道主要依赖烟草等植物的瞬时转化系统。能否将紫杉醇合成途径稳定整合到异源底盘生物的基因组，实现稳定的紫杉醇异源生物合成? 这是紫杉醇生物制造的关键瓶颈问题。该研究团队综合运用瞬时表达验证（Transient-stable combined engineering strategy, TSCES）、细胞质定位策略、自切割2A肽介导的多基因共表达系统以及模块化迭代转化策略（Modular iterative transformation, MIT），逐步构建出能够稳定遗传的生产紫杉醇工程细胞株。实验表明，无论是通过初始重建途径还是优化途径获得的工程细胞株，经历多次继代培养后，小立碗藓细胞仍能持续稳定地合成紫杉醇。
图1. 小立碗藓中紫杉醇生产的工程化生物合成途径
该研究首次提出并验证苔藓植物作为紫杉醇生物合成底盘的可行性，通过从头重构生物合成通路的方式实现抗癌药物—紫杉醇的异源稳定生物合成，为紫杉醇可持续生物制造提供了全新的技术路线。
深圳大学生命与海洋科学学院赵孟楷副研究员为本文第一作者，深圳大学生命与海洋科学学院胡章立讲席教授和贾彬副教授为论文通讯作者，硕士研究生卢文昌、彭壬海，博士后Ali Raza和王立岩教授参与了该研究工作。
该研究得到了国家自然科学基金、国家重点研发计划合成生物学重点专项、广东省重点研发计划、深圳市科技计划项目和深圳大学2035卓越研究计划的资助。
原文链接：https://doi.org/10.1038/s41467-026-76625-x
科研动态