环酯肽吡啶霉素的生物合成及相关酶功能研究

天然产物的某些特殊结构单元通常会赋予该天然产物独特的生物活性，其生物合成途径的阐明不仅为组合生物合成提供了新颖的模块，而且可以为有机合成提供具有特殊功能的生物催化剂。吡啶霉素是由吡啶霉素链霉菌产生的环酯肽类抗生素，具有显著的抗结核分支杆菌活性。它是由一个12元环酯肽母核和一个3-羟基吡啶羧酸侧链组成。其环状酯肽母核由L-苏氨酸、非天然的L-3-(3-吡啶)丙氨酸、烯醇羧酸和一个二碳结构构成。 我们拟从克隆负责吡啶霉素的生物合成基因簇出发，结合DNA 和编码蛋白的功能分析，从基因水平上揭示这个分子在体内的生物合成过程，并运用组合生物合成技术实现其结构的多样性，为药物优化提供更多的化合物实体。在酶学水平上阐明分子的组装机理包括烯醇酯键的形成和特殊组装单元如3-羟基吡啶羧酸、L-3-(3-吡啶)丙氨酸等的生物合成途径，探索关键酶的催化反应机理，拓展其在有机合成中的应用。

吡啶霉素是一个含有两个吡啶基团的环酯肽抗生素，它具有选择性的抗结核杆菌的活性。我们已经克隆了吡啶霉素组装的生物合成基因簇，通过生物信息学分析推测了其组装方式，利用遗传学和生物化学研究手段揭示了吡啶霉素起始单元的上载机制。生物化学研究表明吡啶霉素组装的起始酶PyrA为非核糖体肽合成酶的腺苷化功能域，PyrA具有广谱的底物活性，可以识别和活化多种芳香羧酸。我们利用PyrA的底物广谱性，通过喂养不同的芳香羧酸获得了3个不同起始单元的吡啶霉素衍生物，并在体外重新构建了非核糖体肽合成酶的起始模块。吡啶霉素组装的最后一个模块PyrG是一个很特殊的模块。这个模块含有两个生物信息学上都不完整的腺苷化功能域，我们表达了4个不同形式的腺苷化功能域，通过生物化学实验证实了第二个腺苷化功能域是活性功能域，也证实了其具有底物广谱性。此外这个模块还含有一个聚酮合酶的酮基还原酶功能域，我们首先通过遗传学实验推测它是与最后一个结构单元形成有关，然后我们通过生化研究证实了最后一个结构单元的底物为alpha-羰基-beta-甲基戊酸（即异亮氨酸的转氨产物），而酮基还原酶将羰基还原为羟基，该部分成果还在整理中。此外，我们通过遗传学实验确定了与吡啶霉素烯醇结构形成相关的基因，并从突变株中分离鉴定了两个吡啶霉素的衍生物。生物化学研究还在继续。我们从吡啶霉素的产生菌中分离鉴定了一个新的异黄酮苷，论文已被《中国抗生素杂志》接受。总结了腺苷化功能域的结构特点及作用机制，论文已被《生物技术通报》接受。