多肽类天然产物methanobactin的生物合成研究

Methanobactins （Mbns）are peptide natural products produced by methanotrophs. Mbns bind Cu(I) with high affinity and are responsible for the copper acquisition of methanotrophs from environment. Although their chemical and biological functions have attracted intense interest over past years, the biosynthesis of methanobactins remains largely unknown. Recent genome analysis reveals that methanobactins belong to the family of ribosomally synthesized and post-translational modified peptides (RiPPs). In this study, the biosynthesis of methanobactins will be investigated, aiming to identify the essential modification enzymes from Mbns biosynthetic pathway and characterize their enzymatic activities. The elucidation of methanobactin biosynthesis will help understand the novel enzymatic functions of Mbns modification enzymes, as well as the preparation of methanobactin analogs with improved metal binding ability.

本项目拟通过对一类具有铜离子螯合能力的天然产物methanobactins（Mbns）的生物合成进行系统的研究工作。Mbns是由甲烷氧化菌产生的多肽类天然产物。此类化合物具有极高的铜离子螯合能力，在甲烷氧化菌摄取铜离子的过程中扮演着关键角色，并在工业金属污染移除和药物活性方面表现出相当的应用潜力。 尽管如此，目前仍然没有针对对此类化合物的生物合成机制的系统研究。本项目拟通过化学生物学手段对Mbns生物合成机理进行研究，重点解决对Mbns生物合成中必要的修饰酶进行鉴定，对修饰酶进行活性表征和系统的酶催化机理研究。本项目将为对此类天然产物的发现，结构改造和相关应用提供必要的基础。

本课题围绕甲烷氧化菌来源的核糖体肽类天然产物methanobactins（Mbns）的生物合成解析及其关键酶化学进行了研究。Mbns 是一类由甲烷氧化菌（methanotrophs）在铜匮乏条件下产生的具有铜离子螯合能力的多肽天然产物。 我们针对已知化学结构的Mbn-OB3b 和 Mbn-SV97T两例天然产物的生物合成修饰酶在实验上进行系统的表征。同时，在对各修饰酶进行酶活研究的过程中，我们通过化学方法合成了一系列Mbn生物合成路径中的可能中间体；为研究Mbn分子的生物活性，我们进行了Mbn分子及其类似物的全合成探索。.在生物合成方面，我们对Methylosinus trichosporium OB3b和Methylocystis rosea SV97T两个Mbn生产菌株进行了培养，基因组提取，及关键修饰酶基因的扩增。在此基础上，我们针对MbnB， MbnC等10个关键修饰酶进行了异源可溶性表达探索。目前已经成功获得修饰酶MbnC，磺酸转移酶MbnS及氨基转移酶MbnN的可溶性蛋白,但尚未成功重组其体外活性。考虑到各修饰酶的真实底物尚不清楚，我们设计并合成了一系列Mbn生物合成途径中的一系列可能多肽中间体并对Mbn的全合成进行了探索。目前已成功合成首例具有铜离子螯合能力的Mbn-CSC1类似物QFL-1，并将对其生物活性进行研究。我们开发了以过渡金属介导的多肽环化方法，并获得了一系列具有生物活性的环肽化合物。该结果为进一步对Mbns分子的制备，结构改造以及构效关系提供了必要的化学手段。综上，本研究为探索Mbn类天然产物的生物合成提供了重要的前期成果，有助于后续对该类化合物生物合成规律及其生物活性的研究。