微生物次级代谢产物多样性发掘方法

微生物次级代谢产物是微生物在生长过程中产生的非必需性代谢产物,其往往具有独特的生物活性。随着对微生物次级代谢产物多样性研究的不断深入开展,研究者逐渐发现在实验室的常规培养条件下微生物的代谢潜能不能完全被激发,从中可获得的天然产物结构类型远远少于其代谢潜能所决定的数量。近年来,随着基因组技术、分子生物学技术特别是合成生物学相关技术的发展,研究人员开发了如OSMAC、表观遗传、异源表达等多种方法,从多个角度多层次地发掘次级代谢产物多样性。这些方法有效激活潜在的生物合成基因簇、提高了微生物次级代谢产物多样性,加之与高通量筛选方法联合应用,能够显著改善了微生物活性天然产物的发现效率。本文综述了微生物次级代谢潜能的激活以及代谢产物高效筛选的方法和技术,为提高微生物次级代谢产物多样性发掘,加快先导化合物的发现提供参考。

南极纳尔逊冰川土壤中微生物的群落结构及其代谢特征研究

冰川土壤中的微生物是冰冻圈生态系统中的重要组成部分。南极纳尔逊冰川四周环海,临近海洋的物质输送和其他因素扰动改变了近岸土壤中部分理化因子,从而对土壤中的微生物群落产生影响。本研究采集了南极纳尔逊冰川不同近海距离处的土壤样品,并对其进行了细菌和古菌V4区扩增子测序以及宏基因组测序,探讨了不同近海距离的冰川土壤中的微生物群落结构和代谢潜能。物种多样性结果显示,不同位点的土壤微生物群落组成有所差异,但变形菌门、放线菌门、拟杆菌门等在冰川土壤样品中普遍存在且相对丰度较高。宏基因组分析结果显示,不同近海距离的冰川土壤微生物群落的功能基因分布不同,且能量代谢和跨膜运输等代谢途径的基因的丰度随着采样位点远离海洋而降低。冰川土壤中碳、氮、硫代谢分别以还原性柠檬酸循环、反硝化、同化硫酸盐还原途径为主,其中反硝化途径基因在所有样品中丰度较高。通过分箱组装获得了含有反硝化功能基因的基因组bin_71,并重构了其核心的代谢通路。本研究初步揭示了南极纳尔逊冰川土壤中微生物的群落结构及代谢潜能,为后续南极冰川土壤新物种的发现、功能基因的挖掘、以及探究全球气候变暖下海洋对沿海生态系统的影响提供了基础数据。

生合成途径特异性转录因子及其激活真菌沉默次级代谢产物的研究进展

真菌次级代谢产物一直以来都是现代天然药物研究的重要资源,如何应用新技术和新方法高效快速地从真菌中发现更多活性独特的新颖次级代谢产物,一直是该领域研究的热点。近几年,真菌全基因组测序和生物信息学分析表明,真菌基因组中包含大量处于"沉默"(silent或cryptic)状态的次级代谢基因簇,这意味着真菌基因组中还有丰富的次级代谢产物生物合成潜能有待于激活和挖掘。生合成途径特异性转录因子(pathway-specific transcription factor)能够激活和调控真菌"沉默"次级代谢产物基因簇的转录表达,促进相应代谢产物的生物合成,从而提高新代谢产物的发现几率,已成为挖掘真菌沉默基因簇、激活菌株代谢潜能的有效手段。本文对目前生合成途径特异性转录因子及其激活真菌次级代谢产物的研究进展进行综述。

基因组导向的丝状真菌沉默生物合成基因簇激活策略

真菌是药物先导结构的重要来源,得益于基因组测序技术的飞速发展,生物信息学分析发现真菌中存在大量次级代谢产物合成基因簇。这些基因簇在常规实验室培养条件下往往不表达代谢产物,被称之为"沉默"基因。尽管天然产物分离技术日益进步,结构新颖的天然产物发现几率却在减少。因此如何借助基因组数据分析并激活沉默基因簇,挖掘真菌潜在代谢潜能成为研究热点。本文主要介绍了基因组导向的丝状真菌沉默生物合成基因簇的激活策略。