《以合成生物學為導向的Maremycins生物合成研究》是依託上海交通大學，由林雙君擔任項目負責人的面上項目。
基本介紹
- 中文名：以合成生物學為導向的Maremycins生物合成研究
- 項目類別：面上項目
- 項目負責人：林雙君
- 依託單位：上海交通大學
項目摘要,結題摘要,
項目摘要
合成生物學結合分子生物學和工程學的原理，通過工程化的系統設計、運用模組化的元素構建新的合成途徑或新的生命體系來生產所預期的藥物、功能材料或能源替代物。本項目擬以海洋鏈黴菌Streptomyces sp.B9173產生的哌嗪二酮類化合物Maremycins作為研究模板，在克隆Maremycins的生物合成基因簇基礎之上，並藉助生物信息學的分析,重點揭示3-Substituted-3-hydroxy-2-oxindole這一特殊結構單元的生物合成機理和Maremycins 系列化合物之間相互轉化的酶學機制。在全面理解Maremycins的生物合成機制的基礎上，實現Maremycin 生物合成途徑的體外組裝，並運用合成生物學的理念，通過設計和運用獲得的生物元件構建新的生物合成途徑，以此獲取非天然的哌嗪二酮類化合物。
結題摘要
Maremycins 是由一株海洋鏈黴菌Streptomyces sp. B9173產生的含有6個組分的哌嗪二酮類次級代謝產物。此類化合物具有抗菌，抗病毒，免疫抑制及抗腫瘤等多種重要的藥理活性。我們確定了含有17個基因的Maremycins生物合成基因簇。通過基因的選擇性失活和考察突變菌株的發酵生產情況，明確了四個非核糖體肽合成酶負責了哌嗪二酮核心結構的組裝，5個聚酮合酶催化了E和F組分中環戊烯羧酸的生物合成。其他8個基因分別負責前體的生物合成、哌嗪二酮核心結構的氧化和甲基化修飾及E和F組分的組裝。非核糖體肽合成酶的腺苷功能域的生物化學研究表明MarQ可以識別活化S-甲基半胱氨酸和絲氨酸，暗示A、B和C組分源於MarQ活化S-甲基半胱氨酸，而D組分可能源於MarQ對絲氨酸的識別活化。E和F組分源於哌嗪二酮與環戊烯羧酸的組合。此外，我們深入地研究了(2S,3S)-3-甲基色氨酸生物合成的酶學機制，MarI(碳甲基轉移酶)和MarG(氨基轉移酶)組合催化L-色氨酸轉化為(2S,3R)-3-甲基色氨酸，而MarH(異構化酶)的加入將產物轉變為(2S,3S)-3-甲基色氨酸。利用定點突變和同位素標記的底物深入研究了MarH的催化構型翻轉的機理。研究成果分別發表在《Angew Chem Int Ed》和《ChemBioChem》等SCI期刊及國內的核心期刊上。
