厦霉素吲哚萜类骨架合成机制的研究

A group of xiamycins were isolated from the product of a marine-derived Streptomyces sp. SCSIO 02999 in our research group, and they are indolosesquiterpenes featuring rare pentacyclic ring systems. In this group xiamycin A is reported to exhibits selective anti-HIV activity, and dixiamycin A and B show a strong antibacterial activity. Up to now, the study on xiamycins biosynthesis is only in initial stage. In this project, base on the cloning and identification of xiamycin biosynthetic gene cluster from strain Streptomyces sp. SCSIO 02999, we intent to focus on the relative enzymes to identified the biosynthetic mechanism of xiamycins indole terpenoid skeleton by the study of their in vivo function and enzyme assay and catalytic mechanism in vitro. Combinatorial biosynthesis on xiamycins and their analogues will also be carried out to provide a new strategy for the synthesis of indole terpenoids with new skeleton and new activity.

本课题组自海洋链霉菌Streptomyces sp. SCSIO 02999的发酵产物中分离到一系列厦霉素类化合物，它们是一类具有独特五环结构的吲哚倍半萜化合物。其中的厦霉素A具有选择性的抗HIV活性，二聚体dixiamycin A和B具有抗菌活性。目前厦霉素的生物合成研究刚刚处于起步阶段，本项目拟以厦霉素生物合成基因簇的克隆和鉴定为基础，重点通过与骨架合成相关酶的体内功能和体外酶学性质及催化机理的研究，阐释厦霉素吲哚萜类骨架的合成机制，并开展厦霉素及其结构类似物的组合生物合成研究，为具有新骨架和新活性的吲哚萜类化合物的合成提供新的策略。

厦霉素类化合物是一类近几年才在放线菌中发现的具有独特五环结构的吲哚倍半萜类生物碱，具有抗菌、抗肿瘤和抗HIV等多种生物活性，有望成为药物先导化合物。在前期研究中，从分离自中国南海海洋沉积物的链霉菌SCSIO 02999的发酵产物中分离鉴定了厦霉素A 及5个新的结构类似物，并克隆和鉴定了链霉菌SCSIO 02999中的厦霉素生物合成基因簇。本项目以此为基础，重点开展了厦霉素合成途径中与骨架合成相关的酶XiaO和XiaH的功能和催化机理的研究，阐释厦霉素吲哚萜类骨架的成环机制；并对与厦霉素类化合物结构多样化相关的酶XiaK进行了生物学功能的鉴定和催化机制的研究。.本项目基本按照研究计划完成，部分研究内容根据研究进展进行了调整。构建了基因突变菌株和表达工程菌株11株；获得纯化的重组酶XiaK，完成XiaO、XiaH和XiaK三个酶的生物学功能鉴定；完成XiaK的体外生化测试和酶学性质研究；分离鉴定了3个酶反应产物。.本项目的研究通过体内和体外的实验证实了厦霉素生物合成途径中的XiaO和XiaH的生物学功能，揭示了厦霉素萜类骨架的成环机制，研究成果发表在化学类国际著名期刊Organic Letters（SCI期刊，IF=6.732）上。研究还发现黄素依赖的羟化酶XiaK具有催化多产物形成的功能，而且在体内和体外催化的产物并不相同。分离鉴定了部分体外反应的产物，并初步推测了其催化机制。以上研究在厦霉素生物合成途径中发掘了新颖的酶资源和新颖的催化机制，补充和完善了厦霉素的生物合成途径的解析，并为厦霉素类化合物的多样化提供了重要的酶学依据和手段。.项目资助发表SCI论文1篇，已投稿SCI论文1篇。培养博士生1名，硕士生1名，其中1名博士生已经取得博士学位，1名硕士生转博在读。项目投入经费23.0000万元，支出16.5840 万元，各项支出基本与预算相符。剩余经费6.4160万元，剩余经费计划用于本项目研究后续支出。