核苷肽类抗生素阿波霉素的生物合成研究

Albomycin is a peptidyl nucleoside antibiotic consisting of a nucleoside compound SB-217452 and a ferrichrome siderophore. Distinct structural components of SB-217452 include a thioxylofuranose ring in the nucleoside moiety and a nonproteinogenic amino acid in peptidyl moiety. Once inside the bacterial cell, host peptidases hydrolyze the “Trojan horse” antibiotic albomycin to release SB-217452, an inhibitor of bacterial seryl-tRNA synthetase, providing albomycin with potent and intriguing biological activity. This project aims to reveal the biosynthetic pathway of albomycin, especially on the biosynthetic process of its featured structural components. For this purpose, we will investigate the functions of genes involved in the biosynthetic process. Furthermore, the enzymatic properties of their corresponding enzymes will also be studied extensively. Genetic and biochemical studies of the biosynthetic machinery will provide the basis for pathway engineering and combinatorial biosynthesis to create new or hybrid peptidyl nucleoside antibiotics.

核苷肽类抗生素阿波霉素的核心骨架是硫代核苷类化合物SB-217452，与之相连的是一个铁载体。SB-217452的核苷和肽基骨架中分别含有一个结构独特的硫代呋喃环和稀有氨基酸。阿波霉素通过铁离子转运系统进入细菌细胞，经宿主蛋白酶水解后释放出活性组分SB-217452，这一特殊的作用方式赋予其“特洛伊木马”抗生素的特性，对多种病原菌表现良好的抗菌活性，特别是对多重耐药金黄色葡萄球菌有良好的抑制效果。本项目拟采用遗传学、天然产物化学和生化与分子生物学等多种方法，重点围绕该化合物的特有结构，系统研究与阿波霉素生物合成相关基因的功能及其酶学催化机制，揭示阿波霉素的生物合成途径，为利用突变合成和组合生物合成等手段获取新型抗菌药物提供重要依据。

核苷类抗生素是一类具有广泛生物活性的次级代谢产物。核苷肽类抗生素阿波霉素由铁载体和硫代核苷类化合物SB-217452两部分组成，铁载体是一个N5-乙酰基-N5-羟基-L-鸟氨酸组成的三肽，SB-217452包含一个丝氨酸与稀有氨基酸组成的二肽和胞嘧啶。“特洛伊木马”抗生素阿波霉素通过铁离子转运系统进入细菌细胞，经宿主蛋白酶水解后释放出活性组分SB-217452，后者是丝氨酰-tRNA合成酶抑制剂，对多种病原菌表现良好的抗菌活性，特别是对多重耐药金黄色葡萄球菌有良好的抑制效果。本项目通过基因敲除、遗传互补、体外酶促转化和质谱等技术手段，深入研究了阿波霉素生物合成相关基因的功能及其酶学催化机制。结果表明：阿波霉素基因簇共含有18个基因，克隆得到的基因簇在三株模式链霉菌中成功异源表达；完成了相关突变株的生物活性评估，确定了相关基因在阿波霉素生物合成中的作用；揭示了abmA、abmB和abmQ负责阿波霉素铁载体的生物合成。本项目的研究成果，解析了阿波霉素生物合成途径，为突变生物合成、组合成生物合成等手段获得新型阿波霉素衍生物提供了重要的依据。