新型抗菌素Tiacumicin B的生物合成研究

大量的抗菌、抗肿瘤和免疫抑制剂等药物从微生物产生的生物活性多样的次级代谢产物中筛选出来，这些药物为人类的健康做出了巨大的贡献。来自于放线菌指孢囊菌Dactylosporangium aurantiacum subsp. hamdenensis NRRL 18085的新型抗菌素Tiacumicin B 是一种人体低吸收，高效针对艰难梭菌引起腹泻的新型药物，近期被广泛关注，目前进入到三期临床试验阶段。但是对于其生物合成基因簇的克隆和功能研究尚无报道。本项目将以克隆Tiacumicin B的生物合成基因簇为基础，以组合生物合成为改造为手段，提高Tiacumicin B的生物产量并筛选结构多样化的类似物。拟主要开展以下研究：1.Tiacumicin B的生物合成基因簇的克隆、鉴定、序列测定。2.通过组合生物合成定向合成Tiacumicin B或新的结构类似物。3后修饰生物合成酶的体外功能和机制研究

十八元环大酯类抗生素台勾霉素（tiacumicin B）是一种细菌RNA聚合酶的抑制剂，该种针对于由Clostridium difficile 引起的腹泻的新型抗生素药物于2011年5月获得美国食品药物管理局的认证。为了揭示台勾霉素的合成途径和机理，我们从其生产菌株指孢囊菌Dactylosporangium aurantiacum subsp. hamdenensis NRRL 18085中分离克隆了其生物合成基因簇。生物信息学分析表明克隆的110 kb的基因片段包含有50个开放阅读框。通过体内敲除实验，我们确定了此基因簇的边界并推断其中31个开放阅读框相关于台勾霉素的生物合成。从8个敲除突变菌株中（包括卤化酶，两个糖基转移酶，碳甲基转移酶，酰基转移酶，氧甲基转移酶和两个P450单加氧酶），29个新颖的台勾霉素衍生物被分离和鉴定，而且对应的化合物进一步确认了相应酶的功能。在此我们展示了通过基因工程改造菌株获得了一系列的台勾霉素的衍生物，拓展了台勾霉素的化学结构多样性。进一步的生化实验发现了卤化酶TiaM是一个独特的后修饰卤化酶，可以顺序完成两次卤化催化反应。另外，我们发现氧甲基转移酶TiaS5是一个SAM依赖的氧甲基转移酶，并需要二价金属离子维持酶活。值得注意的是两种新分离得到的台勾霉素衍生物具有比台勾霉素本身更好的体外抗菌活性。