海洋放线菌环酯肽类新化合物29-13A的生物合成研究

Marine actinomycetes are emerging as one of the most significant resources for discovering new natural products with diverse bioactivites. Biosynthesis and combinatorial biosynthesis studies on marine actinobacterial natural products grew steadily in the past decade, leading to the elucidation of some novel biosynthetic mechanisms. We have discovered a novel cyclodepsipeptide 29-13A with a 31-membered ring containing skeleton from South China Sea-derived Streptmyces sp. SCSIO 02999. The compound 29-13A consists of a polyketide chain of 10-carbon units, a 4-O-methyl-glucose, and six amino acid residues, two of which are unnatural ones. We have identified the gene cluster responsibel for 29-13A biosynthesis by genome sequencing. Based on the identified gene cluster, we are aiming to carry out the following studies: 1) elucidating the biosynthetic pathway leading to the formation of two un-natural amino acids by gene disruptions and heterologous expression; 2) elucidating tailoring enzymes in 29-13A biosynthesis, including a halogenase, a methyltransferase and a glycosyltransferase; 3) generating CZ2913 analogues by combinatorial biosynthesis methods for studying their structure-activity relationships.

海洋放线菌日益成为发现新结构和新功能化合物的最重要的资源之一。近十年来，随着海洋放线菌新化合物的生物合成和组合生物合成的研究逐渐开展，导致了一些新颖生物合成机制的阐明。我们从一株源于南海沉积物的海洋链霉菌Streptomyces sp. SCSIO 02999中分离鉴定了一个具有31环新骨架的环脂肽类化合物29-13A，含有6个氨基酸组分（含2个非天然氨基酸），12个碳的聚酮链，以及一个4-O-甲基葡萄糖。本项目在已获得29-13A生物合成基因簇的基础上，开展以下研究：1）利用基因敲除和异源表达技术阐明29-13A中两个非天然氨基酸的生物合成方式；2）采用体内基因敲除和体外酶学鉴定的手段阐明29-13A后修饰酶的功能，包括卤化酶，甲基化酶和糖基转移酶；3）利用组合生物合成的手段产生29-13A的新结构类似物，初步展开构效关系研究。

海洋放线菌日益成为发现新结构和新功能化合物的最重要的资源之一。近十年来，随着海洋放线菌来源新化合物生物合成和组合生物合成研究的开展，导致了一些新颖生物合成机制的阐明。我们通过基因组挖掘，操纵调控基因，启动子工程和异源表达相结合的方法，从一株源于南海沉积物的链霉菌Streptomyces sp. SCSIO 02999 中发现了一类具有新颖骨架结构的环肽类化合物totopotensamides (TPMs) A-C（含有6 个氨基酸(含2个非天然氨基酸），17个碳的聚酮链，以及一个4-O-甲基葡萄糖），并提高了TPM A的产量，获得8个具有新颖结构的类似物；阐明了其中一个非天然氨基酸D-4-chloro-5,7-dihydroxy-6-methylphenylglycine (D-ClPhg) 的合成过程，确定了该结构单元的绝对构型；通过PCR-targerting和CRISPR-cas9的方法对TPM A生物合成基因簇中的9个后修饰基因（如C-甲基转移酶、卤化酶、糖基转移酶等基因）进行了敲除，从突变株中分离鉴定新的生物合成中间体13个，从而证明了其中的磺酸基转移酶TotS、糖基转移酶TotG、P450羟化酶TotP2和TotP3、卤化酶TotH，甲基转移酶TotM和TotU5的功能。本项目的研究不仅构建了TPM A 的高产菌株，而且阐明了TPM A部分生物合成途径和机制，获得了更多具有临床应用价值的结构类似物。