多环特特拉姆酸大环内酰胺家族新成员的挖掘与组合生物合成

In the postgenomic era, genome-guided natural product discovery (genome mining) is probably leading to another golden age of natural product research. Polycyclic tetramate macrolactams (PTMs) is a family of macrolactam natural products, which contain one tetramic acid and a polycyclic system with distinct structure, diverse biological activities and new mode of action. Bioinformatic analysis of genome sequences in database has revealed many novel PTM biosynthetic gene clusters. In this proposal, we are planning to identify new PTMs by “pathway assembly-heterologous expression” approach. Meanwhile, we will also investigate the function of new enzymes involved in the biosynthesis of PTMs. Then, we will try to create “unnatural” PTMs by combinatorial biosynthesis approach. This will further expand the structure diversities of the PTM family, which may provide new leads for future drug development. The organic integration of bioinformatics, microbial techniques and natural product chemistry in this project will be helpful to establish new method for the discovery of natural products, which will set the foundation for other related research.

在“后基因组时代”，基因序列导向的新天然产物发现模式genome mining有望引领又一个天然产物研究的热潮。多环特特拉姆酸大环内酰胺 (polycyclic tetramate macrolactam, PTM)是一类具tetramic acid结构单元及多环体系的大环内酰胺类化合物，具有新颖复杂的化学结构、显著的生理活性及独特的作用机制。生物信息学分析显示数据库中存在大量有待发掘的新PTM合成基因簇，本申请项目拟采用“基因簇组装─异源表达”的策略,开展新PTM类天然产物的发掘，同时开展新催化元件的功能研究，进一步通过组合生物合成拓展PTM类化合物的结构多样性，从而发现具有潜在开发价值的药物先导，为我国具有自主知识产权的新药创制奠定基础。本项目将生物信息学、微生物技术与天然产物化学有机结合，有望进一步拓宽新天然产物的发现模式，为其它类型天然产物的定向发掘研究提供借鉴。

基因组挖掘和合成生物学改造已成为新活性天然产物发现的重要途径。多环特特拉姆酸大环内酰胺(polycyclic tetramate macrolactam, PTM)是一类具tetramic acid结构单元及多环体系的大环内酰胺类化合物，具有新颖复杂的化学结构、显著的生理活性及独特的作用机制。本项目系统解析了抗真菌PTM类化合物HSAF的多环体系合成途径，揭示了HSAF多环体系立体构型多样性的形成机理，为PTM类化合物的多环体系改造奠定了理论基础；搭建了基于“途径重构-异源表达”合成生物学策略的新PTM定向发掘平台，成功发现了3类新颖的PTM类化合物(combamides、clifednamides和montamide A)，并明确了其生物合成途径和生物活性；通过组合生物合成手段实现了PTM的多环体系和氧化后修饰改造，获得了一系列“非天然”PTM衍生物，并首次发现了具有抑制鼠伤寒沙门氏菌III型分泌系统活性的新PTM分子，为后续PTM的结构优化和开发利用奠定了基础。此外，本研究也为其它新颖天然产物的基因组挖掘和途径改造提供了参考。