新型抗生素中尼霉素生物合成基因簇克隆及功能研究

基于安莎类抗生素在抗肿瘤及抗菌药物中的重要地位，我们以来自海洋链霉菌（Streptomuces griseoaurantiacus M045）具有特殊para-C7N结构单元及氯取代、显著抗肿瘤及抗病原真菌活性的新结构抗生素-中尼霉素（chinikomycin）为目标分子，在链霉菌M045基因组序列草图基础上，拟从克隆中尼霉素生物合成基因簇出发，通过体内基因敲除与体外生物化学方法相结合研究其中编码基因的功能，系统阐明中尼霉素在链霉菌中的生物合成过程，尤其是卤代酶的催化过程，为组合生物合成产生中尼霉素结构类似物提供生物化学基础，同时中尼霉素生物合成机理的阐明将丰富非m-C7N安莎类抗生素的生物合成途径。

安莎类抗生素在抗肿瘤及抗菌药物中具有重要地位，来自海洋链霉菌Streptomuces griseoaurantiacus M045的中尼霉素（chinikomycin），是具有特殊para-C7N结构单元及氯取代的安莎类抗生素，本项目完成了其宿主菌的全基因组测序，预测得到6839个开放阅读框，解析了手霉素 A和中尼霉素A的生物合成基因簇，包括32个编码基因，分别参与了核心C7N结构的合成、两个聚酮链的合成和延伸及C5N结构单元的合成和连接，而ChiE1/E2/E3/E4是合成过程中的氧化还原酶，推测ChiE4催化了氯的取代和C链的重排，从而由手霉素A生成中尼霉素A。.利用pHZ132温敏性载体，构建了5-aminolevulinate synthase基因 (ChiD2)的基因敲除载体，通过接合转移的方法导入链霉菌M045，获得转化株，转化子不再产生中尼霉素和手霉素A，而是大量积累不含有C5N结构单元的中间产物中尼霉素A1和手霉素A1，5-氨乙酰丙酸合成酶 (ChiD2) 的功能被失活，进一步证实中尼霉素和手霉素A结构中的C5N结构是通过5-氨乙酰丙酸合成酶 (ChiD2) 和连接酶 (ChiD3) 参与的Shemin途径合成的。.从链霉菌M045的基因组上发现了编码非血红素辅基氯过氧化物酶基因（CPO），克隆获得全长基因，构建了pET28-CPO的表达载体，选择Rosetta (DE3)宿主菌进行重组表达，获得了高效表达的氯过氧化物酶，建立了以过氧化氢、氯化钠为底物，催化吲哚加氯的体外催化反应体系，研究了其卤代催化过程。.本项目同时完成了具有抗农业病原真菌活性的海洋链霉菌W007的基因组测序，在其基因组上发现了完整的augucyclione类抗生素的生物合成基因簇，在对其次级代谢产物的分离纯化中，获得6个augucyclione类抗生素，其中2个是新颖结构，解析了其可能的生物合成途径。.本项目基于海洋链霉菌的基因组信息，解析重要次级代谢产物的生物合成基因簇，将基因组学与传统天然产物分离研究相结合，为新结构活性化合物的定向发现和优化提供了方法学基础。.本项目发表SCI论文5篇，国内核心期刊论文1篇，授权发明专利1项，申请发明专利2项。项目总体执行情况良好，完成了各项研究任务和目标。