螺环乙酰乙酸内酯类抗生素Pyrroindomycins的生物合成研究

螺环乙酰乙酸内酯类抗生素Pyrroindomycins (PYR)是由土壤链霉菌S. rugosporus NRRL21084产生的具有特殊螺环内酰氨和吡咯吲哚酸结构单元的新型抗生素。PYR具有优良的抗菌活性，对众多的临床耐药菌株如MRSA、VRE都有很强的抑制作用。基于发现和阐明新型酶学机制的目的，我们将首先完成PYR的生物合成基因簇的克隆，其次在体内基因中断的研究指导下对包括螺环内酰胺和吡咯吲哚酸核心结构在内的PYR生物合成中的关键酶学机制进行研究。此外我们将结合本试验室研究的CHL和TC-A生物合成途径，尝试利用组合生物合成和代谢工程手段改造PYR和其它的螺环乙酰乙酸内酯类抗生素代谢途径，获得活性更好的结构类似物。

本项目中我们从pyrroindomycin (PYR) 的产生菌 S. rugosporus NRRL 21084中克隆了完整的PYR生物合成基因簇，并利用基因敲除实验证实了其与PYR生物合成相关。通过体内遗传学及体外酶学实验，我们解析了PYR内酰胺结构合成的特色机制：其利用了两个功能相同但完全不同的酶D3、D4通过Dickmann缩合的方式环合形成内酰胺。对于同家族的内酯类化合物CHL，内酯结构的生物合成同样需要类似的D3和D4负责形成，其中内酰胺和内酯的D4可以互补但D3却不能。通过本项目的实施，我们首次完成了PYR生物合成基因簇的克隆和完整生物合成途径的建立，阐明了螺环乙酰乙酸内酰胺和内酯骨架的形成机制，揭示了内酰胺和内酯核心结构生物合成机制的进化关系。本研究成果为理解此大类化合物的生物合成以及利用组合生物合成手段创造新结构的活性化合物奠定了坚实的基础。