生物合成分析指导下的抗肿瘤/抗病毒链霉菌次级代谢产物新组分发现

Secondary metabolites from Streptomyces are important resources for microbial pharmaceutical reseach and development, but finding new secondary metabolites or its congeners is becoming more and more difficult in the past decades. Our proposal focuses on the establishment of a biosynthetic analysis-guided approach for discovering new congeners of secondary metabolites from Streptomyces. The approach involves the analysis of the biosynthetic pathway of interested secondary metabolites to provide a list of possible congeners that may appear in biosynthesis. These congeners become the target compounds for the following screening, by the traditional microbial chemistry techniques such as TLC and LC-MS, of new components of secondary metabolites from the extracts of Streptomyces cultured with diversified conditions. Therefore, our approach should be a rational and cost-effective way for new congeners of secondary metabolites from Streptomyces. The proposal will prove the feasibility of the approach by a pioneer-searching of new congeners of herbimycin, granaticin and other secondary metabolites of Streptomyces. Four to six new congeners are expected from the searching by us. These congeners may contain compound(s) for future antitumor or antivirus drug development. These congeners can also provide some insights or clues for more detailed understanding of the biosynthetic mechanism(s) of these secondary metabolites from Streptomyces.

链霉菌次级代谢产物是一种重要的微生物药物研究与开发资源。但是，目前从链霉菌中发现新次级代谢产物或新组分越来越困难。本项目拟建立一种基于生物合成分析指导下的链霉菌次级代谢产物新组分发现的新策略，具体包括将有关链霉菌次级代谢产物生物合成分析与推理的结果，例如在生物合成过程中可能出现哪些结构组分等，用于指导不同发酵培养条件下的链霉菌次级代谢产物化学分析与早期鉴别中。因此，我们拟建立的是一种理性化发现链霉菌次级代谢产物新组分的新策略。我们拟通过对包括除草霉素和榴菌素等在内的链霉菌次级代谢产物新组分的发现实践，证实这套新策略的可行性和实用性。通过本项目，预期可获得除草霉素和榴菌素等链霉菌次级代谢产物的新组分4-6个，为我国抗肿瘤或抗病毒微生物药物研究提供候选新化合物，同时也可为深入理解链霉菌次级代谢产物的生物合成途径或机制细节提供新的化学证据。

项目背景：链霉菌次级代谢产物是一种重要的微生物药物研究与开发资源。目前如何快速准确地从微生物中发现具有新活性的次级代谢产物，或从已知的微生物次级代谢产物产生菌中发现新结构类似物已经成为微生物药物研发面临的挑战。.主要研究任务：（1）对除草霉素产生菌（CPCC 200291）、榴菌素产生菌（CPCC 200532）的链霉菌菌株的次级代谢产物进行系统的化学分析，结合对其生物合成机制的推理与分析，获得相应的天然除草霉素和榴菌素衍生物，解析化学结构和生物合成及研究其活性，并期望为后续药物开发提供候选化合物；（2）通过对链霉菌除草霉素和榴菌素新组分发现实践，确定基于生物合成分析指导下的理性化发现链霉菌次级代谢产物新组分的改良策略的可行性。.重要结果和关键数据：依照生物合成指导下理性发现新组分的策略，然后对其脂溶性次级代谢产物进行了系统的化学分离，获得了除草霉素新组分2个，其中结构分别确定为4,5-双氢-(4S)-4-羟基除草霉素B（除草霉素G）和(15S)-15-羟基除草霉素B（除草霉素H），除草霉素G是除草霉素生物合成的支路产物，除草霉素H是除草霉素生物合成的中间产物。除草霉素G和H的体外抗肿瘤细胞活性比除草霉素A低，水溶性比除草霉素A提高了近20倍。依照我们的生物合成理论指导，对榴菌素产生菌（CPCC 200532）的成分进行系统分析，从中得到了1个新的榴菌素类似以及它的水解产物，8-dehydroxydihydrogranaticin B (1) and A (2)，通过生物转化实验，证实化合物1只能部分转化成榴菌素B，推测其为榴菌素生物合成过程中的支路产物，与榴菌素B相比，化合物1对HepG2具有类似的细胞毒活性，化合物2对所测的肿瘤细胞菌种的毒性都很弱；其次从榴菌素中首次分离得到化合物fogacin，fogacin显示微弱的抗枯草芽孢杆菌和白色念珠菌活性。.科学意义：本项目还将对天然除草霉素和榴菌素的生物合成进行研究，为理性获得其它的新的衍生物提供依据。本项目有可能获得1-2个具有应用开发前景的除草霉素或榴菌素衍生物或其化学结构修饰物。