萘黴素的生物合成及相關重要蛋白的功能研究

《萘黴素的生物合成及相關重要蛋白的功能研究》是依託廈門大學，由吳瑩瑩擔任項目負責人的青年科學基金項目。

基本介紹

• 中文名：萘黴素的生物合成及相關重要蛋白的功能研究
• 項目類別：青年科學基金項目
• 項目負責人：吳瑩瑩
• 依託單位：廈門大學

項目摘要

萘黴素屬於大環內醯胺類化合物，是一類具有較大安莎環的安莎類抗生素。與其它萘安莎類抗生素抑制RNA聚合酶的活性不同，萘黴素同時具有抗細菌、抗真菌和抗腫瘤活性。迄今為止，對萘黴素的生物合成機理及其相關重要蛋白的研究還未深入開展。.前期工作中，我們從美登木內生菌Streptomyces sp. CS中分離到了多種萘黴素組分，並以AHBA合酶基因為探針，從該菌株的基因組文庫中克隆到了部分萘黴素生物合成基因。在此基礎上，我們將套用染色體步移測序的方法獲得完整的萘黴素生物合成基因簇，並結合體內體外的相關實驗，通過遺傳學、生物化學和化學分析等方法，對萘黴素生物合成中萘環的形成機制、後修飾中氯代的機理等進行系統研究，揭示萘黴素生物合成基因簇中相關重要蛋白的功能和催化特徵，闡明其生物合成機制，同時為利用其它安莎類化合物的基因對萘黴素進行改造，獲得具有良好活性的新衍生物奠定基礎。

結題摘要

萘黴素是一類29元環的安莎內醯胺類抗生素，具有抗菌和抗腫瘤活性。這類化合物生物合成的起始單元為3-氨基-5-羥基苯甲酸（AHBA）。為研究萘黴素的生物合成過程及其相關重要蛋白的功能，本項目建立了萘黴素產生菌Streptomyces sp. CS的基因組DNA文庫，利用AHBA合成酶基因作為探針對文庫進行篩選和測序，共得到106 kb的連續序列。大片段缺失的結果說明該序列與萘黴素的合成相關。這個生物合成基因簇共有32個開放閱讀框，包含了所有萘黴素合成所需的結構基因和後修飾基因，以及一些與轉錄調控和運輸相關的基因。對其中預測編碼氯代酶的基因nat1進行突變，確定其編碼的蛋白Nat1負責萘黴素含氯組分30位碳上的氯代反應。將nat1和另一類安莎類化合物ansamitocin中負責氯代的asm12基因進行體內互動回補實驗，結果顯示這兩個基因可以相互回補，證明它們具有相似的體內催化機制。對生物合成基因簇中另一個預測與萘環形成相關的基因nat2進行突變後，產物中檢測不到任何萘黴素組分，僅有少量的4酮中間產物desacetyl-SY4b，提示其編碼的Nat2為萘黴素萘環形成過程中的關鍵蛋白。在獲得以上研究結果的基礎上，我們利用AHBA合成酶基因對實驗室的菌種庫進行了資源挖掘，從700株放線菌中篩選得到24株具有產生AHBA衍生物潛力的陽性菌株。在確定菌株的種屬過程中，發現並鑑定了3個稀有放線菌新種，分別為野野村屬、韓國生工屬、擬孢囊屬的菌株。此外，以該基因作為探針，我們還從另一株產生安莎類化合物曲張鏈菌素的壯觀鏈黴菌NRRL2494中獲得了91.5 kb的曲張鏈菌素生物合成基因簇，並成功建立了該菌株的遺傳操作體系。目前，對曲張鏈菌素後修飾過程中3個甲基轉移酶Sva7、Sva14和Sva15的功能研究正在進行中。