安莎类抗生素Hygrocins生物合成基因簇的克隆及功能分析

Hygrocins是从雷帕霉素的产生菌中所分离到的聚酮类化合物，属于萘醌型安莎类抗细菌抗生素，与利福霉素具有一定的相似性。本项目希望通过克隆hygrocins生物合成基因簇及相关基因的功能研究，阐明其代谢途径，从而揭示其脂肪链上氧化反应及含氮杂环的形成机制；并尝试将hygrocins和利福霉素生物合成基因进行替换或杂合，研究结果不仅可以为利福霉素中氧化反应机制的研究提供信息，还为生产新的安莎类抗生素创造条件；而利用基因中断及组合生物合成的手段，对hygrocins和雷帕霉素生物合成基因簇的相互关系进行探讨，可能为提高抗生素的产量提供方法。

Hygrocins是从雷帕霉素的产生菌中分离到的聚酮类化合物，属于萘醌型安莎类抗细菌抗生素，与利福霉素具有一定的相似性。本项目通过构建链霉菌Streptomyces hygroscopicus的基因组文库，克隆得到完整的hygrocins生物合成基因簇并通过基因敲除和基因互补技术对基因簇的功能进行了研究。与在rifamycin B生物合成过程中细胞色素P450氧化酶ORF5负责催化聚酮链的氧化重排不同，在hygrocins的生物合成过程中是单氧化酶Orf23负责聚酮链的氧化重排，而细胞色素P450氧化酶Orf24负责聚酮链后修饰中的羟基化反应。初步确定hygrocins聚酮链的氧化重排机制与利福霉素不同。利用生物信息学，对负责合成hygrocins主碳链的聚酮合酶中活性位点的组成和排列进行了分析，结合聚酮合酶各个模块中酰基转移酶结构域的底物特异性分析的结果，初步推测了hygrocins可能的生物合成过程。通过基因重组技术，发现hygrocins和雷帕霉素的生物合成途径没有表现出明显的相互影响，反而是hygrocins和洋橄榄叶素的生物合成途径存在着相互影响。本研究为详细阐述hygrocins的生物合成机制，构建抗生素高产的基因工程菌株奠定了基础。