【中国科学报】脂肽类天然产物生物合成获进展

  

  本报讯 中国科学院南海海洋研究所热带海洋生物资源与生态重点实验室研究员张长生团队,在脂肽糖苷类抗生素Totopotensamides(TPMs)研究中取得新进展。相关研究近日发表在《ACS化学生物学》上。

  脂肽类天然产物是由非核糖体肽和聚酮杂合途径合成的一类抗生素,结构中既含有亲水性氨基酸单元,又含有疏水性脂肪链,表现出抗菌、抗肿瘤和抗病毒等多种生物活性。脂肽类化合物具有良好的成药性、发展潜力和应用前景。

  TPM A是从源自南海深海沉积物样品的链霉菌Streptomyces pactum SCSIO 02999中分离获得的一个脂肽糖苷类化合物,其结构中包括6个氨基酸(其中两个为非天然氨基酸)和一个含糖基化修饰的独特17碳脂肪链。

  前期研究中,研究人员通过转录调控策略在深海链霉菌SCSIO 02999中原位激活了TPM A的生物合成基因簇,通过转录调控策略,敲除两个负调控基因(totR3/totR5)和超表达一个正调控基因(totR1),在所获得的工程菌中,实现了主产物TPM A的产量提高和一个磺酸化的新产物TPM C的分离鉴定;在糖基转移酶编码基因TotG的基因敲除突变株中获得了苷元TPM B,证明了TotG负责在脂肪链上添加糖基。

  后续研究发现,原位激活的TPM A高产工程菌在传代发酵过程中不稳定,极易退化,不利于进行TPM A生物合成研究。研究人员采用细菌人工染色体载体克隆表达策略,将TPM A基因簇在模式菌株S. lividans TK64中进行了异源表达,并通过调控基因工程和发酵条件优化,使TPM A的产量提高了约6倍,而且实现了稳定传代。TPM A中含有一个非天然氨基酸(ClMeDPG),据推测来源于前体(DPG)。DPG是一类非常重要的非天然氨基酸,是多种具有重要活性的糖肽类抗生素的结构单元。

  研究人员通过DPG生物合成基因totC1—totC4的异源表达和氨基转移酶TotC4的体外生化实验,阐明了DPG的合成途径并确定了其绝对构型为S型;此外通过基因敲除实验证明ClMeDPG生物合成中两个后修饰酶基因(卤化酶基因和甲基转移酶基因)的功能,并通过中间体的水解进一步确定了TPMs中DPG结构单元的绝对构型为S型,从而采用多重手段从多个角度纠正了文献报道中的R构型。但卤化酶基因和甲基转移酶基因对所测试的小分子底物没有催化活性。进化树分析表明,卤化酶基因和甲基转移酶基因可能是在非核糖体肽组装线上对底物行使在线修饰功能。

  据悉,该研究为脂肽类天然产物TPM A的应用和开发奠定了基础,为复杂天然产物绝对构型的确定提供了新方法和依据。(朱汉斌 张庆波

  相关论文信息:https://doi.org/10.1021/acschembio.9b00997

    《中国科学报》 (2020-05-18 第3版 医药健康)