脂肽类天然产物生物合成获进展

张长生的团队是南海海洋研究所热带海洋生物资源与生态重点实验室的研究员,他们在脂肽糖苷类抗生素托托布津(TPMs)的研究方面取得了新的进展。相关研究最近发表在美国化学学会杂志《化学生物学》上。

脂肽天然产物是由非核糖体肽和聚酮杂合途径合成的一类抗生素。它们的结构包含亲水性氨基酸单元和疏水性脂肪链,表现出多种生物活性,如抗菌、抗肿瘤和抗病毒活性。脂肽类化合物具有良好的药物性质、开发潜力和应用前景。

TPM A是一种脂肽糖苷类化合物,分离自来源于中国南海深海沉积物样品的密纹链霉菌SCSIO 02999。它的结构包括6个氨基酸(其中两个是非天然氨基酸)和一个独特的通过糖基化修饰的17碳脂肪链。

在之前的研究中,研究人员通过转录调控策略在原位激活了深海链霉菌SCSIO 02999中TPM A的生物合成基因簇,通过转录调控策略敲除了两个负调控基因(totR3/totR5),并过表达了一个正调控基因(totR1),在获得的工程菌中,增加了作为主要产物的TPM A的产量,实现了磺化新产品TPM C的分离和鉴定。从编码糖基转移酶的TotG基因敲除突变体中获得TPM B苷元,证明totG负责将糖基加到脂肪链上。

随后的研究发现,原位活化的TPM A高产工程菌在传代过程中不稳定,容易退化,不利于TPM A生物合成的研究。研究人员采用细菌人工染色体载体的克隆和表达策略,在模型菌株变铅青链霉菌TK64中异源表达TPM A基因簇。通过基因工程调控和发酵条件的优化,TPM A产量提高了6倍左右,实现了稳定传代。TPM A含有一种非天然氨基酸(ClMeDPG),据推测它来自前体(DPG)。DPG是一种非常重要的非天然氨基酸,是许多具有重要活性的糖肽抗生素的结构单元。

通过DPG生物合成基因ToC1—ToC4的异源表达和转氨酶ToC4的体外生化实验,研究人员阐明了DPG的合成途径,并确定其绝对构型为s型。此外,通过基因敲除实验证实了两个修饰后酶基因(卤代酶基因和甲基转移酶基因)在氯甲基双胍生物合成中的作用,并通过中间体的水解进一步确定了TPMs中DPG结构单元的绝对构型为S型,从而从多角度、多手段对文献报道的R构型进行了修正。然而,卤代酶基因和甲基转移酶基因在测试的小分子底物上没有催化活性。进一步的系统进化树分析表明,卤代酶基因和甲基转移酶基因可以对非核糖体肽装配线上的底物进行在线修饰。

该研究为脂肽天然产物TPM A的应用和开发奠定了基础,为确定复杂天然产物的绝对构型提供了新的方法和依据。

相关论文信息:https://doi.org/10.1021/acschembio.9b00997

标题:脂肽类天然产物生物合成获进展

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