生科院戈惠明和譚仁祥團(tuán)隊(duì)在活性天然產(chǎn)物的發(fā)現(xiàn)與生物合成領(lǐng)域取得新進(jìn)展
??? 天然產(chǎn)物一直是藥物研發(fā)的重要資源，但通過傳統(tǒng)的分離方法發(fā)現(xiàn)的新型天然產(chǎn)物越來越少。而隨著近些年基因測(cè)序和生物信息學(xué)分析技術(shù)的發(fā)展，大量未鑒定的基因簇被發(fā)現(xiàn)，表明了微生物產(chǎn)生天然產(chǎn)物的巨大潛能，因此，如何挖掘和激活這部分潛能是新天然產(chǎn)物發(fā)現(xiàn)的關(guān)鍵。??
近日，南京大學(xué)生命科學(xué)學(xué)院、醫(yī)藥生物技術(shù)國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室的戈惠明和譚仁祥教授研究團(tuán)隊(duì)在使用基因組數(shù)據(jù)挖掘發(fā)現(xiàn)活性天然產(chǎn)物及其生物合成研究中取得重要進(jìn)展，相關(guān)成果“Comparative Genome Mining and Heterologous Expression of an Orphan NRPS Gene Cluster Directs the Production of Ashimides“2019年1月在線發(fā)表于英國(guó)皇家化學(xué)會(huì)旗艦刊物Chemical Science?，論文鏈接為http://dx.doi.org/10.1039/C8SC05670F??。博士生史凈為該論文第一作者，譚仁祥和戈惠明教授是該論文的共同通訊作者。??
非核糖體肽類化合物( Nonribosomal peptides，NRPs)是重要的臨床藥物分子的來源，比如免疫抑制劑環(huán)孢菌素A、抗生素萬古霉素等，它們是由模塊化的非核糖體肽合成酶( nonribosomal peptide synthetase，NRPS )生產(chǎn)線組裝多個(gè)氨基酸形成。每個(gè)非核糖體肽合成酶組裝的氨基酸與該酶的結(jié)構(gòu)有關(guān)?；诖颂匦裕芯拷M通過基因組挖掘技術(shù)在海洋放線菌Streptomyces sp.??NA03103 ?中找到了一個(gè)非核糖體肽類合成的孤兒基因簇(asm)，該基因簇比較特殊，一是在已知基因數(shù)據(jù)庫(kù)中并沒有發(fā)現(xiàn)同源基因簇；二是每個(gè)核糖體肽合成酶都是單模塊的，而非常見的多模塊。為獲得該基因簇編碼的天然產(chǎn)物，研究人員通過構(gòu)建cosimid文庫(kù)完整抓取了該基因簇，并在異源宿主中成功表達(dá)得到了相應(yīng)的產(chǎn)物????ashimide ??????A??與ashimide B，其中含氯化合物ashimide B 對(duì)腫瘤細(xì)胞有中等的細(xì)胞毒活性。???
??? 通過對(duì)異源表達(dá)菌株的基因敲除、同位素標(biāo)記、體外酶反應(yīng)等實(shí)驗(yàn)，研究組進(jìn)一步闡釋了ashimide 的生物合成過程：基因簇中的4 ?個(gè)單模塊NRPS ?分別識(shí)別benzoxazolinate、甘氨酸、甘氨酸、丙氨酸，在絲氨酸羥甲基轉(zhuǎn)移酶?AsmD 將?AsmC 識(shí)別的甘氨酸轉(zhuǎn)變?yōu)榻z氨酸后，四個(gè)單模塊NRPS ?依次組裝各自所識(shí)別底物形成不成熟的產(chǎn)物；在甲基轉(zhuǎn)移酶AsmP、P450單加氧酶AsmK?等后修飾酶作用下，形成產(chǎn)物中間體，該中間體被鹵化酶AsmO識(shí)別后，發(fā)生鹵化反應(yīng)，隨后引起分子內(nèi)的反應(yīng)形成含有imidazolidin-4-one ?環(huán)的前體產(chǎn)物；最后前體產(chǎn)物在TE ?模塊的催化下環(huán)化后從NRPS ?上解離下來，被AsmI ?環(huán)氧化修飾后，自發(fā)水解形成ashimide A ?與ashimide B?。該項(xiàng)研究闡明了一個(gè)通過氧化、鹵化以及環(huán)化一系列反應(yīng)產(chǎn)生復(fù)雜結(jié)構(gòu)的過程。此研究過程通過使用的基因組發(fā)掘、異源表達(dá)等技術(shù)達(dá)成，進(jìn)一步說明了此類技術(shù)在新型天然產(chǎn)物應(yīng)用的巨大前景。??
該工作得到生科院孫洋和徐強(qiáng)教授課題組的支持，并且得到了國(guó)家自然科學(xué)基金委優(yōu)青項(xiàng)目、重點(diǎn)項(xiàng)目、科技部以及中央高校基本科研業(yè)務(wù)費(fèi)等的資助，在此表示感謝。??
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