摘要
历史上，微生物天然产物(Natural products,NPs)对药物研发做出了卓越贡献。青霉素、链霉素与阿维菌素的相关研究成果，先后被授予诺贝尔生理学或医学奖。核糖体合成及翻译后修饰肽类天然产物(Ribosomally synthesized and post-translationally modified peptides,RiPPs,简称核糖体肽)是一类具有丰富化学结构与生物活性的天然产物。随着基因组挖掘(Genome mining)及其他生物信息学技术的快速发展，大量核糖体肽类天然产物被发现与表征，推动了活性天然产物药物的开发。 羊毛硫肽(Lanthipeptides)是已报道RiPPs家族中一大类化合物，因其结构中含有非天然氨基酸羊毛硫氨酸而得名。乳酸链球菌素A(Nisin A)是截至目前研究最为成熟的羊毛硫肽，已成功用于食品加工或医疗等领域。因其特殊作用机制，鲜有耐药性病原菌产生。此外，Mathermycin具有良好的抗肿瘤活性，Labyrinthopeptins具有良好的抗病毒活性。羊毛硫肽作为一类天然产物宝库具有巨大应用前景，是热门的前沿研究领域。 本研究通过基因组挖掘以及生物信息学技术对微生物基因组分析筛选，选取两株土壤来源的微生物，黏球菌Myxococcus sp.MCy10608以及暗灰色马杜拉放线菌Actinomadura atramentaria DSM 43919基因组中两个新颖羊毛硫肽类生物合成基因簇(Biosynthetic gene clusters,BGCs)为研究对象，采用异源表达策略，旨在发现新型羊毛硫肽化合物及表征其生物合成途径。本研究从黏球菌MCy10608中发现一个新颖的Ⅰ型羊毛硫肽BGC mcy，该基因簇含有脱水酶编码基因mcyB,但却缺失羊毛硫肽环化酶编码基因，含有一个前体肽编码基因mcyA,与之相关联的是McyA氨基酸序列不含参与羊毛硫氨酸形成的Cys残基。通过大肠杆菌异源表达的方式，优化脱水酶McyB催化活性，对前体肽酶切割活性进行验证。通过HR-MS/MS分析，成功对Mcyα的结构进行表征，并将Mcyα归类为一个羊毛硫肽的新亚类。来源于放线菌DSM43919的fxl BGC含有典型Ⅰ型羊毛硫肽合成酶fxlB及fxlC编码基因及一个前体肽编码基因fxlA。与典型Ⅰ型羊毛硫肽合成酶不同的是，fxl BGC中含有一个独立的编码Ⅰ型羊毛硫肽脱水酶C端消除结构域的基因fxlBC,该基因在羊毛硫肽类BGC中很少被报道。此外，fxl BGC还含有一个基因pcmt，编码新颖异天冬氨酸氧甲基转移酶，有报道此类酶可以催化多肽中的L-Asp变成L-isoAsp从而在多肽中引入发生异构产生或者在多肽中形成内酰胺结构。由此推测fxlBGC编码一类化学结构修饰新颖的羊毛硫肽。本研究成功表达前体肽FxlA,验证脱水酶的生化活性，发现了 FxlBC可以协助FxlB对FxlA的脱水活性，据此推测FxlB与FxlBC具有协同作用。 综上，本论文研究结果丰富了羊毛硫肽天然产物的化学结构多样性，丰富了羊毛硫肽生物合成途径的多样性，发现了一个全新的由Ⅰ型羊毛硫肽合成酶介导的线性肽新亚类。本研究所表征的生物合成酶为开发合成生物学催化元件提供了思路。
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