基因组介导的链霉菌和小单孢菌的次生代谢产物研究

"基因组介导的新化合物的发现"即 "基因组挖掘"一直是近几年寻找新颖天然产物研究的热点。当今时代，DNA测序技术的迅猛发展为全面解析生命现象的遗传信息奠定了技术基础。基因组挖掘正是以此技术为平台，对活性天然产物的主要微生物产生菌种全基因组序列进行测定，这有助于认识天然产物生物合成的分子基础，同时结合日益积累的天然产物生物合成知识，最终建立这种从基因到产物的全新微生物药物的发现方法。我们选择链霉菌和小单孢菌中结构单元独特而且化合物未知的生物合成类似基因片段为研究对象，通过基因测序和分析预测该微生物可能产生新的化合物。从而在隐匿性基因的生物学信息的指导下结合分子遗传学构建突变株，通过生物发酵条件优化进行化合物的分离和结构鉴定，从而有目地发现未知的化合物。

本课题的核心是通过基因组和生物合成信息的指导，对放线菌中有价值的生物合成基因簇进行遗传操作，从而激活沉默基因簇，进而通过突变株发酵、化合物分离与结构鉴定、生物活性测试等步骤有目的地发现未知化合物。通过对越野他汀产生菌—一株来源于海洋的小单孢菌，通过突变体的构建发现了越野他汀的类似物—脱氧异醌环素B；通过生物信息学介导、结合突变菌株构建发现了一系列新的氨莎家族天然产物。. 越野他汀（kosinostatin，KST）是从海洋小单孢菌Micromonospora sp. TP-A0468中分离得到的一种具有良好抗肿瘤活性的蒽醌类抗生素。在对越野他汀生物合成基因簇的研究中，我们构建了kstD3（推测编码3,5-差向异构酶）的基因中断突变株mKOSD3，该菌株（ΔkstD3）中一种新的天然产物因产量较野生型有所提高而被发现。我们分离得到该化合物，并鉴定结构。结果显示该化合物是异醌环素B的结构类似物—脱氧异醌环素B (deoxy-isoquinocycline B)，并且是越野他汀生物合成途径中的副产物。相比于异醌环素B，其体外细胞毒性明显降低，再次表明糖基对化合物的生物活性至关重要。.在研究Micromonospora sp. TP-A0468中的越野他汀生物合成基因簇时，发现与越野他汀生物合成基因簇紧邻的DNA区域中存在一组与氨莎类化合物生物合成起始单元AHBA生物合成基因高度类似的几个orf，预示着该菌有产生氨莎类天然产物的潜能。我们构建了越野他汀生物合成基因簇敲除的突变株，通过代谢分流使得相应新聚酮化合物产量提高；敲除AHBA生物合成基因中断了这些新化合物的产生，证明了该家族化合物的确属于氨莎类化合物。化合物分离结构鉴定为非常少见的安沙骨架发生甲基脱除的利福霉素，而同时发生脱氧糖基修饰的利福霉素更是绝无仅有。我们通过基因组扫描获得了完整生物合成基因簇，在相关后修饰基因的中断及化合物分离鉴定的基础上我们对该家族化合物的生物合成途径有了进一步的修正。