英羧霉素生物合成及其恶唑环形成机制的研究

Inthomycin was recently isolated from soil actinomycete Streptomyces sp. KIB-H18 by our group. It shows antibacterial and anticancer activity based on the literatures’ report. The structure of inthomycin contains a polyene chain and a 5-mono-substituted oxazole ring, of which structural feature is quite rare in nature. From the biosynthetic point of view, the 5-mono-substituted oxazole ring maybe biosynthetically derived from N-fromylatiom of the glycine residue and subsequent dehydration. To the best of our knowledge, the enzymatic mechanism for the formation of 5-mono-substituted oxazole ring is still elusive. Therefore, we want to clone and sequence the gene cluster of inthomycin to study the biosynthetic pathway, especially the enzymes involved in oxazole ring formation. Meanwhile, the genetic engineering techniques will be applied to get inthomycin intermediates and engineer the inthomycin analogues. This study will hold the promise to find a novel enzyme mechanism of oxazole ring formation, and will facilitate and set the stage to biosynthetically engineer new inthomycin analogues by combinatorial biosynthesis and synthetic biology.

英羧霉素是本研究组最近从土壤放线菌Streptomyces sp. KIB-H18分离得到具抗菌和抗癌活性的恶唑类天然产物，其结构由恶唑环的5位与多烯链相连接形成，而这种含端部的恶唑环的天然产物并不多见，从生物合成化学的角度来看，5-单取代的恶唑环可能是通过甘氨酸氨基端甲酰化后、成环和脱水形成，而这种端部恶唑环形成的生物合成的酶化学机制还不清楚，未有文献报道。我们拟从克隆英羧霉素的生物合成基因簇出发，在此基础上研究相关的基因及其编码蛋白的功能，特别是与端恶唑环形成相关的酶的功能，进而在基因水平和酶学水平上阐明英羧霉素分子的生物合成途径，尤其是端部恶唑环的组装机理。进而通过前体喂养和基因工程技术实现对英羧霉素的结构改造，创造出结构多样的恶唑类化合物。总之，开展英羧霉素的生物合成研究有望发现酶催化的恶唑环形成的新化学机制，最终为组合生物合成与合成生物学研究打下基础。

英羧霉素是本研究组从土壤放线菌Streptomyces pactum KIB-HL8分离得到的具抗菌和抗癌活性的恶唑类天然产物，其结构由恶唑环的5位与多烯链相连接形成，而这种含端部的恶唑环的天然产物并不多见，生物合成研究还未见报道，故引起了我们极大的兴趣。通过全基因组扫描测序和生物信息学分析获得了英羧霉素和鲁塔霉素的生物合成基因簇；通过文库构建和特异性引物筛选克隆了它们的生物合成基因簇；同时通过PCR-Targeting和接合转移技术对基因簇的基因进行了敲除获得突变株；再通过对突变株进行发酵和HPLC分析验证了英羧霉素和鲁塔霉素的生物合成基因簇的功能。这些研究为下一步的酶学研究和结构多样性研究打下了坚实的基础。已经取得的研究成果是从Streptomyces pactum KIB-HL8野生型菌株中分离得到17个单体化合物，其中有4个为新化合物，有2个为英羧霉素的类似物；通过喂养实验确定了英羧霉素中只有恶唑环上的N来源于甘氨酸,而端部的酰胺N则不是来源于甘氨酸。发表中文核心论文1篇。