海洋链霉菌LC6中新安莎霉素类抗生素的发掘及相关生物合成研究

As antibiotic widely used or abused for a long time, drug-resistant bacteria arised much faster than the process of developing novel antibiotics, there is an urgent need for new classes of antibiotics. Ansamycins are a family of macrolactam antibiotics with a huge space to explore and remarkable potential of druggability exemplified by the antituberculosis rifamycins and antitumor maytansinoids. Previously, we have isolated juanlimycins A and B, the first discovery of dimeric pentaketide ansamycin, from Streptomyces sp. LC6 . Accordingly, in this proposal, we are planning to activate the cryptic ansamycin biosynthetic gene cluster by genome mining strategy to obtain a novel monomeric pentaketide ansamycin and juanlimycin derivatives. In addition, we will also carry out the biosynthetic studies on these novel pentaketide ansamycin and clarify its unique biosynthetic mechanism, facilitating to transform known ansamycin antibiotics by combinatorial biosynthesis and synthetic biology.The outcomes of this project will not only provides new leads for drug discovery, but also will establish an efficient and simple method to access the new natural products and the biosynthetic studies, which will set the foundation for valuable experience for genome mining of the other biosynthetic potential of microbes.

由于抗生素的长期广泛应用或滥用，耐药菌的出现速度远快于新药的开发速度，新型抗生素的研发迫在眉睫。以抗结核药物利福霉素和抗肿瘤药物美登木素为代表的安莎霉素是一类活性显著的大环内酰胺类抗生素，具有极高的成药率和巨大的结构发掘空间。前期，我们从海洋链霉菌LC6中分离鉴定了一类新型二聚5酮安莎霉素juanlimycin。本项目拟在此基础上继续发掘LC6菌株中潜在的新安莎霉素，一方面利用基因组挖掘策略进一步激活juanlimycin生物合成基因簇，以期获得结构新颖的安莎类化合物；另一方面，开展激活产物及juanlimycin的生物合成研究，阐明其独特的生物合成机制，为利用组合生物合成和合成生物学手段对已知安莎类抗生素进行结构改良奠定基础。本项目的研究不仅可以为新抗生素的研究提供安莎类药物先导，而且有望建立一套简便有效的微生物天然产物发掘与生物合成研究方法，为后续微生物次级代谢潜力的深度发掘提供借鉴。

由于抗生素的长期广泛应用或滥用，耐药菌的出现速度远快于新药的开发速度，新型抗生素的研发迫在眉睫。以抗结核药物利福霉素和抗肿瘤药物美登木素为代表的安莎霉素是一类活性显著的大环内酰胺类抗生素，具有极高的成药率和巨大的结构发掘空间。前期，课题组通过PCR筛选获得了多株具有安莎霉素生产潜力的链霉菌，测序结果证实其微生物基因组上分别含有不同类型的安莎基因簇，但通过对其野生型菌株发酵产物进行分离，并未得到目标安莎霉素。基于此，我们通过对其安莎基因簇进行生物信息学分析、利用正调控基因过表达和基因敲除等策略尝试激活目标安莎基因簇，并从两株链霉菌突变菌株中成功分离得到了JL-1、seco-neoansamycins等结构新颖的安莎类化合物，最终结合新安莎的结构初步预测了其生物合成机制，为利用组合生物合成和合成生物学手段对已知安莎类抗生素进行结构改良奠定基础。此外，以抑菌活性为导向，从3株野生型链霉菌中分离鉴定了14个化合物，其中化合物monactin、dinactin、trinactin对多株临床分离的MRSA菌株都具有强的抑制活性，且dinactin和trinactin均表现出强于阳性对照品万古霉素的抗MRSA作用，分子对接结果进一步证实该类化合物与抗MRSA靶蛋白PBP2a均具有强的结合活性，因此有望开发为新型抗MRSA候选药物。综上，本项目的研究不仅可为新抗生素的研究提供药物先导，而且有望建立一套简便有效的微生物天然产物发掘与生物合成研究方法，为后续微生物次级代谢潜力的深度发掘提供借鉴。