新型抗生素Bagremycins生物合成基因簇的鉴定与解析

More antibiotics with new structure and new function have been found by the means of using combinatorial biosynthesis and metabolic pathway engineering strategies so as to respond totheincreasing bacterial resistance to antibiotics. The screening of the new antibiotics and the reveal of the biosynthesis mechanisms will provide abundant material and informational resource for the enforcement of these strategies. Our project take the biosynthetic mechanism of bagremycins as the subject of study and we have already cloned seven genes arranged in a cluster and determined that four genes are related to the biosynthesis of bagremycins. Based on the preliminary work, we are going to further clone and character the whole biosynthetic gene cluster in order to investigate the function and interaction mechanisms of the key genes, regulator genes and resistance genes, clarify its biosynthetic pathway and regulation mechanism of gene expression, and expand the knowledge of synthetic mechanism of novel natural secondary metabolite, which provide the theory foundation for the structural optimization of the antibiotics or obtain more excellent antibiotics by the ways of combinatorial biosynthesis strategy.

细菌对抗生素日趋严重的耐药性促使人们采用组合生物合成和代谢途径工程策略获得具有新结构和新活性的抗生素，而新型抗生素的筛选及其生物合成机制的揭示将为这些策略的实施提供丰富的物质资源和信息资源。本项目以新型抗生素bagremycins生物合成机制为研究对象，前期工作已经克隆了七个成簇排列的基因，借助基因敲除手段初步确定了其中有四个基因与bagremycins生物合成相关。在此基础上，本项目拟进一步分离、克隆并鉴定bagremycins生物合成全基因簇，调查关键基因、调控基因和抗性基因的功能和作用机理，揭示其生物合成途径及基因表达调控机制，拓展新型天然次级代谢产物合成机制的认识，为其结构优化或利用组合生物合成策略设计更优的抗生素奠定理论基础。

细菌对抗生素日趋严重的耐药性促使人们采用组合生物合成和代谢途径工程策略获得具有新结构和新活性的抗生素，而新型抗生素的筛选及其生物合成机制的揭示将为这些策略的实施提供丰富的物质资源和信息资源。本项目以新型抗生素bagremycins生物合成机制为研究对象，前期工作已经克隆了七个成簇排列的基因，借助基因敲除手段初步确定了其中有四个基因与bagremycins生物合成相关。在此基础上，本项目从这七个基因向两侧继续克隆可能的ORF共计13个，分别命名为bagH~bagN，bagQ~bagS和bagX~bagZ，并对这些基因进行靶向敲除，成功获得了相应的缺失株，bagN和bagM基因双缺失株、bagZ和bagH基因双缺失株，以及相应的基因回补株或过表达株。通过发酵液的HPLC检测抗生素的生产情况，又确定了bagE和bagI基因与bagremycins生物合成直接相关，而bagJ、bagM、bagN、bagZ和bagH也会对bagremycins生物合成产生一定影响。结合基因功能预测和实验验证，主要确定了BagI在bagremycins生物合成途径中发挥转录激活子的作用；BagJ作为MFS家族的逆向转运蛋白，是首次在新抗bagremycins生产菌中鉴定的抗性基因；BagA是芳香族氨基酸解氨酶，体外实验证明了其具有酪氨酸解氨酶和苯丙氨酸解氨酶双重活性，但更好地表现为前者活性，暗示其在bagremycins生物合成途径中的作用。研究结果为进一步分离、克隆并鉴定bagremycins生物合成全基因簇，深入研究关键基因、调控基因和抗性基因的功能和作用机理，揭示其生物合成途径及基因表达调控机制，拓展新型天然次级代谢产物合成机制的认识，为其结构优化或利用组合生物合成策略设计更优的抗生素奠定了基础。