来源：Nucleic Acids Res | 编译：DNA Lab Space
合成路径设计长期卡在两条平行轨道上——纯有机化学路线与单功能酶催化路线，鲜有工具把二者纳入同一套规划逻辑。TridentSynth 的出现打破了这种割裂：这个基于网络的逆合成工具首次将多功能Ⅰ型聚酮合酶（PKS）整合进反应工具箱，让合成规划同时覆盖有机反应、单功能酶催化和 PKS 分子装配线三条路径。用户无需安装任何软件，打开网页即可为靶分子设计合成路线。
研究背景
逆合成分析是合成生物学的核心思维工具——从目标分子倒推，拆解出可执行的合成步骤。过去十余年，多个计算逆合成工具相继问世，但它们各有领地：有的专攻合成有机化学的经典反应，有的聚焦单功能酶的生物催化转化。两类工具互不交叉，意味着合成生物学家在设计路线时往往要手动拼接两种体系，费时且容易遗漏可行路径。
Ⅰ型聚酮合酶是自然界中一类特殊的分子机器。与催化单步转化的单功能酶不同，PKS 以模块化装配线的形式运作，在酰基辅酶A底物之间连续催化多个碳-碳键形成反应，逐步延伸出碳骨架。这种模块化、可编程的逻辑意味着 PKS 可以被重新配置，以可预测的方式合成新分子——这正是 TridentSynth 选择将其纳入工具箱的根本原因。经 PKS 装配出的碳骨架还能继续通过化学酶法修饰，最终触及仅靠纯化学合成或单功能酶难以到达的分子空间，模拟诸多天然产物在进化中形成的生物合成路线。
研究方法
TridentSynth 的架构分为前端网页界面与后端计算引擎两大部分。用户访问 https://tridentsynth.lbl.gov 即可使用全部功能，无需本地安装，也不需要编程经验。
合成模式选择。用户可在网站首页直接指定希望使用的合成模式：基于 PKS 的路线或非 PKS 路线。首页还设有可选的"高级设置"面板，用于配置额外的合成参数。这些参数包括：PKS 后修饰的生物与化学合成步骤数量（范围为 1 至 3，默认各为 1）；PKS 链释放机制（可选择硫解或环化，默认设置为硫解）；以及酰基辅酶A起始单元和延伸单元的选择（默认设置为丙二酰辅酶A和甲基丙二酰辅酶A）。如果用户不展开高级设置面板，这些默认参数会自动应用。研究团队有意选择了这些默认值，以平衡路径可行性与计算时间——因为每增加一步，反应网络呈指数级增长，运行时间会显著延长。
PKS 骨架设计流程。当用户选择基于 PKS 的合成路线并提交靶分子的 SMILES 字符串后，TridentSynth 后端首先调用研究团队此前发布的 PKS 设计软件 RetroTide，仅使用 PKS 来设计该分子的碳骨架。RetroTide 的工作方式是将不同的 PKS 酶结构域与各种酰基辅酶A底物进行组合与排列，构建出多样化的聚酮化合物骨架。用户可以在前端界面选择用于构建这些骨架的酰基辅酶A起始单元和延伸单元。丙二酰辅酶A和甲基丙二酰辅酶A是最常见的天然底物，因此被设为默认选项。
非 PKS 路线与后修饰规划。对于非 PKS 路线，TridentSynth 则调用有机化学与单功能酶反应库进行逆合成分析。在 PKS 骨架设计完成后，系统会继续规划 PKS 后修饰步骤——包括生物学修饰（如单功能酶催化的氧化、还原、甲基化等）与化学修饰步骤，逐步将聚酮骨架转化为最终靶分子。这一过程模拟了天然产物生物合成中常见的"装配线合成+后修饰"策略。
网页界面与交互逻辑。TridentSynth 的界面设计强调直观性。用户从靶分子结构出发，系统返回多条候选合成路线，并以可视化方式呈现 PKS 装配线的模块组织、底物选择以及后续修饰步骤。整个流程不需要用户具备命令行操作能力，也不需要配置本地计算环境。
原文摘要未详述的具体参数包括：各反应步骤的温度、pH、缓冲液条件，以及具体酶的来源与动力学参数。该工具的计算性能指标（如单次任务的平均运行时间、最大可处理分子量）在摘要与关键段中也未提供。
研究结果
TridentSynth 的核心成果在于打通了三条合成路径的联合规划能力。研究团队将Ⅰ型 PKS 的多功能催化特性与有机化学、单功能酶反应整合进同一套逆合成框架，使用户能够针对同一靶分子同时评估基于 PKS 的路线与非 PKS 路线。
PKS 装配线的可编程性验证。通过 RetroTide 后端引擎，TridentSynth 能够组合不同的 PKS 酶结构域与酰基辅酶A底物，生成多样化的聚酮骨架。默认的丙二酰辅酶A与甲基丙二酰辅酶A起始/延伸单元组合，覆盖了自然界中最常见的 PKS 装配线构建模块。用户可自定义底物选择，这意味着非天然的酰基辅酶A单元也能被纳入骨架设计——这一灵活性为合成非天然聚酮衍生物提供了可能。
后修饰步骤的灵活配置。高级设置面板允许用户将 PKS 后修饰步骤数在 1 至 3 之间调节，生物学修饰与化学修饰步骤数可独立设置。默认值各为 1，兼顾了路径可行性与计算开销。链释放机制可选择硫解或环化，默认硫解——这一选择直接影响最终产物的末端官能团类型，进而决定后续修饰策略。
三路并行的合成规划能力。TridentSynth 的命名即指向其核心能力——将合成规划扩展到三条不同路线：有机化学路线、单功能酶路线、PKS 装配线路线。这种三路并行设计让合成生物学家可以在同一界面下比较不同策略的优劣，选择最契合自身实验条件的路径。
可访问性与易用性。作为网页工具，TridentSynth 消除了本地安装与编程技能的门槛。用户通过浏览器即可完成从靶分子输入到路线输出的完整流程。这种设计显著降低了合成生物学家使用计算逆合成工具的技术壁垒，尤其有利于那些不具备生物信息学背景的实验研究人员。
原文摘要未提供具体数据，包括：TridentSynth 生成的路线数量统计、与既有工具的性能对比数值、案例分子的合成成功率等。研究团队在摘要中未报告这些定量指标。
讨论与展望
TridentSynth 的独特定位在于它正视了一个长期被忽视的问题：PKS 这类多功能酶在逆合成规划中长期缺席。单功能酶催化的反应类型相对单一，有机化学反应的底物范围受限，而 PKS 恰好填补了两者之间的空白——它既能构建长碳链骨架，又具备模块化重编程的潜力。将 PKS 纳入逆合成工具箱，意味着合成生物学家可以在设计阶段就考虑"用装配线搭建骨架、再用化学酶法精修"的整体策略，而非事后拼接。
该工具选择默认硫解作为链释放机制、默认各 1 步后修饰步骤，这些参数设定反映了对计算复杂度的清醒认识——反应网络随步骤数指数增长，过度追求长路径反而会拖垮运行效率。未来若能在保持计算可行性的前提下扩展后修饰步骤上限，或引入更多类型的 PKS 装配线变体，TridentSynth 的路线覆盖范围有望进一步拓宽。对于致力于天然产物异源合成或非天然聚酮设计的团队而言，这个无需安装、开箱即用的网页工具值得一试。
参考来源
Chainani Y, Guilarte-Silva M, Roberts K, Pate S, Bonnanzio G. TridentSynth: a webtool for the retrosynthesis of molecules using chimeric type I polyketide synthases and chemoenzymatic pathways. Nucleic Acids Res. PMID: 42109178.
PMID: 42109178