天蓝黄链霉菌产生的新淀粉酶抑制剂及其生物合成基因簇的研究

天蓝黄链霉菌ZG0656是本研究小组首次报道的放线菌新变种，它能够产生一类新结构的淀粉酶抑制剂阿卡他定，其生物活性高于市售一线抗糖尿病药物阿卡波糖。本项目将从菌株ZG0656的代谢产物中分离新结构的阿卡他定单体，并鉴定其化学结构与生物活性，希望能找到最强的淀粉酶抑制剂，为该类新药的研发提供优质先导化合物。另一方面，本项目将利用保守序列作探针，从菌株ZG0656的基因组文库中筛选与阿卡他定生物合成有关的基因簇DNA序列，进而分析其中可能的功能基因，并通过异源表达，在蛋白水平证实部分基因编码的酶所催化的反应，希望能绘制出阿卡他定生物合成途径的轮廓草图，为阿卡他定的发酵生产奠定理论基础。

天蓝黄链霉菌ZG0656是本研究小组首次报道的放线菌新变种，它能够产生一类新结构的淀粉酶抑制剂阿卡他定，其生物活性高于市售一线抗糖尿病药物阿卡波糖。.本项目成功从菌株ZG0656的代谢产物中分离出两个新结构的阿卡他定单体，III0(-1)和 III23。这两个化合物的结构均具有一定新颖性：阿卡他定III0(-1) 在分子的还原端直接以acarviosine残基结尾；阿卡他定III23是首次被鉴定的III系列化合物能在分子非还原端携带葡萄糖残基的结构类型。阿卡他定III0(-1) 和III23对猪胰α-淀粉酶的抑制效果分别是市售降糖药物阿卡波糖的151倍和52倍，具有较强生物活性，这为该类新药的研发提供了优质先导化合物。.另一方面，本项目通过全基因组测序，得到了天蓝黄链霉菌ZG0656的全基因组草图（Whole Genome Shotgun，WGS)，并提交 GenBank，其登记号为AHGS00000000。这是该种中第一个被报道全基因组序列的菌株，其研究结果填补了该微生物种全基因组序列的空白。结合文库杂交筛选与全基因组分析的结果，我们找到了与阿卡他定生物合成及转运相关的完整基因簇——sct基因簇。该基因簇全长约40kb，包含至少27个基因，推测它们分别为：阿卡他定生物合成基因、转运基因、降解淀粉以及糖基转移酶基因、调控蛋白基因等。以sct基因簇的基因功能预测为基础，结合文献与初步的功能实验，我们推测阿卡他定生物合成途径很可能分成细胞内合成和细胞外组装与代谢两大部分。胞内合成的终产物可能是阿卡他定类物质的结构核心acarviostatin I00-7-P，而胞外组装步骤将产生多种结构的阿卡他定终产物。该生物合成途径轮廓草图的绘制，为最终明晰阿卡他定真正的合成途径提供了蓝图，并为重组代谢途径以合成新化合物建立了操作平台，为通过代谢工程或异源表达提高阿卡他定产量奠定了理论基础。