除虫链霉菌10个聚酮类抗生素生物合成基因簇的敲除对阿维菌素产量的影响

【目的】考察除虫链霉菌基因组中其它聚酮合成酶类(Polyketide synthase,PKS)抗生素生物合成基因簇的敲除突变对于阿维菌素产量的影响。【方法】构建了11个PKS基因簇的打靶Cosmid和质粒载体,导入除虫链霉菌中筛选突变株。【结果】在工业菌株MMR630中成功敲除了10个PKS基因簇。发酵结果显示7个PKS基因簇敲除突变株中阿维菌素的产量均有不同程度的提高,而2个突变株不能产生阿维菌素。然而,在3个连续敲除2个PKS基因簇的突变株中阿维菌素产量没有能够超过单个PKS敲除突变株的提升幅度。【结论】除虫链霉菌基因组的一些PKS基因簇的敲除可以提高阿维菌素的产量,同时暗示同一类次生代谢产物的代谢流之间存在复杂的相互作用关系。

聚酮类抗生素生物合成基因簇间的关系

放线菌基因组测序显示基因组中平均有超过20个以上的次生代谢生物合成基因簇，但通常放线菌在试验条件下能检测到的产物仅有2—3个，因此这些次生代谢生物合成基因簇引起了研究者的极大关注，期望通过基因组的挖掘来发现新的代谢产物。

拟无枝酸菌糖肽类和聚酮类抗生素的遗传信息及生物合成途径的研究进展

拟无枝菌属(Amycolatopsis)是万古霉素和利福霉素等次生代谢产物的菌株,该菌属天然抗生素的分子遗传学已经有了广泛研究。由于抗生素耐药率的上升,寻找新的药物来对抗感染治疗已成为当务之急。了解代谢产物遗传信息的新进展有助于合理地操纵生物合成途径,以便于研发新型抗生素。本文综述了近年来通过Amycolatopsis基因组序列发现的糖肽类和聚酮类抗生素及其生物合成途径方面的成果。

抗生素生物合成基因簇的克隆策略

链霉菌能产生许多具有重要价值的次级代谢产物如农用抗生素、植物生长调节剂等。链霉菌的基因克隆和重组为发展次级代谢产物和开发新型抗生素提供了可能,抗生素生物合成基因簇的鉴定为其生物合成、调控、自身抗性机制的研究提供了巨大的信息。本文重点介绍了抗生素生物合成基因簇的克隆策略。

抗生素生物合成基因簇克隆策略的研究进展

抗生素是一类具有多种生物活性的微生物次级代谢产物,自然界中60%以上的抗生素由放线菌所产生。克隆抗生素生物合成基因簇可为阐明其生物合成机制,结构改造,产量提高提供重要信息。在后基因组时代,新的抗生素基因簇克隆策略不断涌现,大大提高了微生物重要次级代谢产物生物合成基因簇的克隆效率,并缩短了抗生素的发现周期。本文综述了抗生素生物合成基因簇克隆策略的研究进展,包括近年来发展的后基因组的克隆策略。

抗生素中L-玫红糖的生物合成基因簇结构与其合成途径

抗生素的生物合成过程中普遍存在被脱氧糖糖基化的现象。糖基的存在可以增加抗生素的溶解度和稳定性,提高抗生素的生物活性。L-玫红糖是6-脱氧己糖家族中的一种三脱氧葡萄糖。目前已有5种含有玫红糖及其衍生物的抗生素完成了糖基生物合成基因簇克隆及测序。研究结果表明L-玫红糖的生物合成基因簇有了一定的分化,但在基因结构上仍有较大的保守性。L-玫红糖的生物合成主要包括形成dNDP-葡萄糖、脱水、脱氧、酮基还原和异构等反应,其衍生物的合成还包括甲基化、酰基化等;这被人们普遍认可,但在一些细节上,如是否形成中间体dNDP-3,4-二酮-2,6-双脱氧-D-葡萄糖,以及糖基的异构何时发生等问题还存在分歧,仍需进一步研究。

链霉菌抗生素生物合成的基因调控

链霉菌中抗生素生物合成受到许多调控基因的调控,它们通过途径特异性调控方式、全局性调控以及双组分调控方式对基因表达进行调控。概述这些调控基因将有利于改良抗生素生产菌株及新型抗生素的研究,并为改造链霉菌抗生素生物合成相关基因、提高产量提供理论依据。本文归纳了国内外链霉菌抗生素生物合成基因簇各调控基因及其研究进展。

链丝菌素类抗生素生物合成途径及相关基因组特性的研究进展

介绍了链丝菌素类抗生素生物合成途径和其基因簇的研究进展 ,主要内容包括 :生物合成途径、生物合成中催化多聚 β 赖氨酸链肽键形成的关键酶、生物合成基因簇的结构特点。

抗生素AGPM生物合成途径的初步研究

采用前体添加实验法、静息细胞培养法以及酶抑制剂法对藤黄灰链霉菌中抗生素AG PM生物合成途径进行了初步探讨。研究表明能转化成聚酮合成所需活性前体的氨基酸如异亮氨酸、缬氨酸、蛋氨酸、谷氨酸等以及短链脂肪酸乙酸、丙酸、丁酸盐对抗生素AGPM合成均有明显促进作用 ;另外 ,在培养基中添加脂肪酸和聚酮生物合成途径的专一性抑制剂浅蓝菌素 (2 5μg mL)或脂肪酸合成抑制剂碘乙酰胺 (0 5mmol L)时 ,菌体生长不受影响 ,而抗生素AGPM合成受到强烈抑制 ,分别为对照的 35 3 %和 2 6 2 % ;当碘乙酰胺的浓度为 1mmol L时 ,抗生素AGPM合成几乎完全受到抑制。由此初步推断抗生素AGPM是由聚酮途径合成。

组合生物合成聚酮类药物研究进展

在筛选和发展新型微生物药物方面组合生物合成日益成为生物、化学和医药界关注的重点。基于聚酮类(PK)天然产物的独特化学结构和良好生物活性,研究它们的生物合成机制,将为合理化遗传修饰生物合成途径获得结构类似物提供遗传和生物化学的基础,实现利用现代生物学和化学的技术手段在微生物体内进行药物开发的目的。现综述近年来组合生物合成技术的基本原理、聚酮合酶的基本作用机制以及合成途径的改造情况等。

avermectin生物合成基因簇的研究进展

近期对除虫链霉菌 avermectin生物合成基因簇的研究揭示 ,它包含 4个大的开放阅读框 ,分别编码avermectin聚酮合成酶 4个巨大多功能多肽 (AVRS1,AVRS2 ,AVRS3和 AVRS4) ,构成了迄今已知的最复杂的多功能酶系统。此外 ,序列分析结果还显示 ,在这 4个大的开放阅读框的前、后及中间还存在另 14个开放阅读框 ,它们分别与聚酮后修饰以及 avermectin生物合成的其它步骤有关。本文综述了对 avermectin生物合成基因簇分子研究的最新进展。

聚酮生物合成及其基因的遗传分析Ⅱ(续前)

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烯二炔类抗肿瘤抗生素的生物合成研究进展

烯二炔类抗生素以其独特的化学结构和强烈的抗肿瘤活性成为化学、生物和医药领域重点关注的对象。本文简要介绍了近年来关于烯二炔化合物的生物合成研究进展,以及运用组合生物合成的原理创造新型烯二炔结构类似物的前景。烯二炔类抗生素为我们研究复杂天然产物的生物合成提供了一个很好的模型,其基因和生化水平机制的阐明将进一步丰富组合生物合成的内容和手段,最终有利于发现和发展新型的抗肿瘤药物。

组合生物合成技术在聚酮类天然产物研究中的应用

目的介绍组合生物合成技术在聚酮类天然产物中的应用,展望该技术的广阔应用前景。方法检索近几年的文献资料进行分析归纳。结果与结论组合生物合成技术对先导化合物结构改造和合成非天然的“天然产物”具有重要意义。

聚酮合酶的催化机制及聚酮类化合物的组合生物合成

聚酮类化合物(polyketides,PKs)是一类来源广泛、数目庞大的天然产物。聚酮合酶(polyketide synthase,PKS)负责催化PKs的生物合成,是具有模块化结构的多功能复合酶,由一系列对称或非对称的二聚体模块组成。模块按照其功能的不同,可分为加载模块、延伸模块、卸载模块。各个模块中含有多个催化域,不同的催化域在聚酮链延伸过程中扮演着不同角色。模块以首尾相连的方式排列,通过非结构多肽接头或离散的对接结构域彼此连接,形成装配线来生产PKs。PKSs按照结构域和催化机制的不同,可以分为合成大环内酯类抗生素的I型PKSs(由迭代化PKSs和模块化PKSs组成)、合成芳香族聚酮类化合物的II型PKSs(也被叫做迭代类PKSs)和合成类黄酮化合物的III型PKSs。利用组合生物合成方法,如对不同聚酮物质或同一物质的不同结构域或模块进行交换,以及特异性地插入、替代、缺失关键基因,或者通过点突变等操作,可以形成重组PKSs,进而改变聚酮类化合物的结构。选择不同的起始和延伸单元,引入不同类型的PKSs后修饰酶以及对PKSs后修饰酶基因进行改造等方法,均可用于合成非天然PKs。本文概述了3大类型聚酮合酶的结构、催化机制和组合生物合成近期研究进展,为今后合理设计产量高、效价高、化学性质稳定的新型聚酮类化合物提供参考依据。

尿苷肽类抗生素生物合成研究进展

尿苷肽类抗生素是一类具有相同母核结构的化合物,其化学结构独特、作用机制新颖、抗菌谱窄,是寻找新型低毒、窄谱抗菌药物的先导化合物或候选药物的最佳选择之一。本文介绍了尿苷肽类抗生素的化学结构特征以及构效关系,着重介绍了其生物合成机制的最新研究进展。尿苷肽类抗生素肽链的合成由非核糖体肽合成酶(non-ribosomal peptide synthetase,NRPS)以非线性机制催化完成,肽链的组装始于中心模块2,3-二氨基丁酸(2,3-diaminobutyric acid,DABA),其后的延伸包括N端氨基酸或二肽与DABAβ-氨基间的缩合,以及C端的脲二肽与DABAα-氨基间的缩合。3′-脱氧-4′,5′-烯酰胺尿苷由尿苷经过3步反应转化而来,并在NRPS的催化下与四肽或五肽缩合形成尿苷肽类抗生素。尿苷肽类抗生素生物合成机制的阐明为利用组合生物合成技术获得新结构的尿苷肽类化合物奠定了基础。

烯二炔类抗生素生物合成研究进展

烯二炔类抗生素是迄今发现的抗肿瘤活性最强的抗生素。本文介绍其生物合成机制,并结合组合生物技术、药物靶点核苷酸数据库及基因组文库的序列标签,提出两种新颖的有较高可行性的烯二炔生物合成方法。

一个广泛分布的毒素生物合成基因簇

细菌素代表了由一大类由核糖体产生的肽类抗生素。在本文中，作者向我们描述了一个在核糖体广泛分布并且很保守合成噻唑和1，3-氧氮杂茂杂环的生物合成基因簇。这些基因簇负责编码一个毒素前体以及与毒素成熟和排出相关的所有蛋白。使用来自人类病原菌-酿脓链球菌，所产生的毒素前体肽和杂环形成酶蛋白，作者展示了在体外链球菌溶血素S的活性重新构建。

基因技术可实现链黑菌素类抗生素高效合成

上海交通大学微生物代谢国家重点实验室林双君研究小组通过对链黑菌素生物合成基因簇进行基因解析，阐明了链黑菌素复杂的生物合成途径。由此得到的链黑菌素类似物不仅抗癌活性高很多，其毒性上也比原始链黑菌素降低了约5倍。

新型聚酮合酶基因簇的分离与部分鉴定

目的从海洋沉积物中分离新型聚酮合酶(PKS)基因簇,并解析其基因结构,为研究PKS的组合生物合成提供新组件。方法采集中国东海沉积物样本,并提取宏基因组DNA,以其为模板,通过简并PCR扩增新型PKS片段,用地高辛标记正确的扩增片段作为探针,然后从本研究中构建的海洋沉积物样本Fosmid宏基因组文库中筛选完整基因簇,测序、结构分析。结果(1)所分离得到的海洋沉积物宏基因组DNA可直接作为PCR模板,简并PCR扩增得到26个新型KS编码片段,并成功提交GenBank;(2)所得DNA构建成滴度约5×108cfu/ml的Fosmid文库,插入片段平均长度约为40kb;(3)将其中的一个KS片段(GenBank登录号DQ942531)用地高辛标记并筛选部分文库,得到4个克隆,测序得到7981bp的序列(GenBank登录号EF568935),结构分析发现含典型的I型PKS组件,如酮缩酶(KS)、酰基转移酶(AT)、酰基载体蛋白(ACP)等。结论简并引物扩增、宏基因组文库筛选、测序、结构分析,在本研究中被证明是有效的分离新PKS基因簇的途径;通过系统进化树分析得出26条新KS片段属于Ⅰ型KS片断和杂合PKS/NRPS基因簇,主要来自放线菌门、δ变形菌门、蓝藻门和β变形菌门的微生物。