摘要
细菌次级代谢产物是新型药物先导物的主要来源之一，而链霉菌属是细菌次级代谢产物的最主要贡献者，它产生了至少55%的细菌天然产物。随着新颖天然产物的不断累积，传统的活性为导向的菌株筛选和天然产物发现策略在新颖天然产物发现过程中面临的挑战越来越大。生物信息学技术的高速发展使得利用基因组序列评估细菌合成新颖次级代谢产物的潜力成为了可能，而构建细菌次级代谢产物生物合成基因簇(BGC)地图将为细菌建立次级代谢潜力索引图，同时会揭示出与链霉菌具有相当次级代谢潜力的菌属。此外，本研究对特定类型天然产物的定向挖掘和生物合成也将提供重要信息。 PRISM4是最新版的一款细菌基因簇预测软件，该软件公开了68个菌门的10121个细菌基因组的基因簇分析结果。本文首先利用Python从这些菌株的PRISM4的结果文件中提取了这些基因组中编码的不同类型的BGCs的数量。结果表明，56.7%的基因组含有1个以上的BGC，它们共编码了18043个BGC，其中最核心的基因簇为非核糖体肽类(NRPS，25.4%)和聚酮类(PKS，15.9%)。基因簇地图揭示了BGC数量最多的10个菌属，由于部分菌属内不同菌株的BGC数量差异很大，因此本文又补充分析了102个相关菌属的基因组数据，结果发现Kutzneria、Kibdelosporangium、Moorea、Saccharothrix、Cystobacter、Archangium、Actinosynnema、Kitasatospora和Nocardia属的次级代谢潜力不低于链霉菌属，而且这些属内BGC具有较高的多样性和新颖性。 随后通过比较基因组学技术对Kutzneria属的6个中高质量的基因组数据进行了深度挖掘，结果表明Kutzneria属编码的生物合成基因簇家族77%是新颖的，而且这些基因簇中编码了多个有潜力的次级代谢酶，包括细胞色素P450、卤化酶和黄素依赖性N-羟化酶等。K.albidaDSM43870不仅具有最高的基因组完整度和基因簇完整性，而且具有较高的基因簇新颖性且仅有两个BGC进行过鉴定和表征，值得对其次级代谢产物进行优先研究。 通过OSMAC策略和基于LC-MS/MS的分子网络技术对K.albidaDSM43870在54种不同培养条件下的次级代谢产物进行了分析，选定最佳发酵条件后进行大规模发酵，从中分离到一个具有苯并环庚三烯酚酮环骨架的新化合物并命名为benzotroponeA(1)，一个环二肽类化合物cyclo-(Pro-Leu)(2)，以及一个生物碱类天然产物cis-3-isobutyl-tetrahydroimidazo[1,2-a]pyridine-2,5-dione(3)，benzotroponeA为首个微生物来源的苯并环庚三烯酮类化合物。体外试验表明benzotroponeA不仅对鲍曼不动杆菌有一定的抗菌活性，还具有一定的清除DPPH自由基活性；最后通过比较基因组学技术初步确定了编码benzotroponeA的生物合成基因簇。 本文构建的细菌基因簇地图为新颖天然产物的高效挖掘提供了大量重要信息，以Kutzneria属为例开展的次级代谢产物高效挖掘为其它潜力较大的稀有放线菌属天然产物研究提供了新的研究思路。
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