茄科植物中的托品烷类生物碱是用于治疗神经肌肉疾病的神经递质抑制剂，被世界卫生组织列为基本药物。全球供应方面的挑战导致这类药物的频繁短缺，COVID-19大流行等突发事件更多地暴露出供应链的脆弱性。
2020年9月2日Nature报道，美国斯坦福大学的研究者对面包酵母细胞进行基因重编程，实现了从单糖和氨基酸中生产药用生物碱莨菪碱（hyoscyamine）和东莨菪碱（scopolamine）的生物合成路径，为生物碱合成提供了全新的生产途径，有望彻底解决药用生物碱的短缺问题。
莨菪碱和东莨菪碱由精氨酸衍生的8-氮杂双环[3.2.1]辛烷（酰基受体）被苯丙氨酸衍生的苯基乳酸（酰基供体）酯化形成。研究者以合成酰基受体（8-氮杂双环[3.2.1]辛烷）的菌株为基础，添加芳香族氨基转移酶、苯丙酮酸还原酶和PLA UDP-葡糖基转移酶从苯丙氨酸生产酰基供体（苯基乳酸）。研究者利用功能基因组学识别出细胞合成缺失的途径酶——莨菪碱脱氢酶，利用蛋白工程方法实现酰基转移酶在液泡中功能表达，同时表达异源转运蛋白促进酰基受体由细胞质进入液泡完成酯化反应。研究者不断优化使莨菪碱和东莨菪碱的产物滴度达到30ug/L。
该研究中，研究者共对菌株的34个染色体进行了修饰，在不同的亚细胞位置（细胞质、线粒体、过氧化物酶、液泡、内质网和液泡膜）上定位来自酵母、细菌、植物和动物的二十多种酶，最终厘清了植物中托烷生物碱生物合成的空间组织。研究者将进一步优化菌株以及工艺，预期规模化生产后将成为托品烷类生物碱供应的重要来源保障。
