链霉菌Streptomyces sp. MA37 中新型氟化天然产物合成通路和生物活性研究

In nature, the bioavailability of fluorine ions is extremely low and fluorometabolites are such rarities. Our group have found that Streptomyces sp. MA37 is able to utilise fluorine ions to synthesise several unknown organofluorine compounds. These novel organofluorine compounds indicate novel biosynthetic pathways. Previously, we have identified a novel fluorinated natuarl product 5-FHPA from Streptomyces sp. MA37; discovered a novel biosynthetic pathway, studied the first organofluorine enzyme thereof and found that 5-FHPA has a strong in vitro anti-cancer activity. This project plans to take advantage of microbial chemical biology, molecular biology and bioinformatics approaches to unveil novel fluorometabolite biosynthetic pathways; to illuminate the regulation mechanisms thereof; to study the structures, functions and catalytic mechanisms of some novel/key organofluorine enzymes in the pathways and to explore the bio-activities of the novel fluorometabolites. This project will lead us to understand the biological basis for microorganisms to conduct de novo organofluorine biotransformation; to discover new biocatalysis and bioactive compounds. These studies will provide supports in terms of utilising/engineering organofluorine enzymes, fluorometabolite biosynthetic pathways and fluorometabolite-producing microbes.

氟元素的生物利用度很低，氟化天然产物极其稀有。本课题组发现链霉菌Streptomyces sp. MA37能合成多种未知氟化产物，超过了此前已确知的所有氟化天然产物的总和 (至2014年仅五种)。新的氟化产物预示着全新的氟化合成通路。前期工作中，申请人已鉴定出一种新型氟化产物5-FHPA；找到一条新的合成通路，研究了此通路中第一个有机氟化物酶；发现5-FHPA有良好的抗肿瘤活性。本项目以MA37链霉菌为模式生物，通过化学生物学、分子生物学与生物信息学等手段，研究鉴定其中新的氟化合成通路；阐明生物合成调控机制；揭示氟化生物合成中新型/关键酶的结构、功能和催化机制；研究新型氟化天然产物的生物活性。我们旨在阐明链霉菌进行氟元素转化的基础；探寻新型生物催化剂；发现活性氟化天然产物。这些研究是我们利用/改造有机氟化物酶系、氟化合成通路和微生物细胞的基础。

本项目立项目的是为了开展链霉菌中新型氟化天然产物合成通路和生物活性的解析。其中包括来源于S. xinghaiensis的自组装的氟化酶(FLA)纳米聚集体表现出较强的酶活性，热稳定性和可重复使用性，也验证了利用氟化酶，能够潜在的生成[18F]-氟化物，应用于PET的可行性。来源于S. xinghaiensis的甲硫氨酸腺苷转移酶(SxMAT)表现出优良的生物催化活性以及高立体选择性，且双酶级联反应的建立进一步加深了对氟化天然产物合成通路的理解；利用建立的可视化检测酶活的方法，可以实现来源于S. xinghaiensis和S. coelicolor中的两种新型L-苏氨酸醛缩酶(SCO1844和SFR7A)酶活的快速检测，不仅丰富了生物法合成β-羟基-α-氨基酸的酶库，也为下一步对L-苏氨酸醛缩酶进行分子改造提高其催化活性和选择性提供了研究基础。其次研究了卤代腺苷类似物抗肿瘤活性及其作用机制，证明了两种腺苷类似物5’-BrDA和5’-FDA（氟酶生物转化而得产物）具有抑制结肠肿瘤的作用，二者均能通过激动细胞自噬达到对抗结肠肿瘤的作用。此外，探讨了5’-FDA在体水平的抗肿瘤活性，证明了5’-FDA对小鼠结肠癌肝肺转移模型具有较好的抗肿瘤、抑制转移作用。这些研究为其进一步开展临床前研究提供理论依据。