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合成生物学
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合成生物学/Journal Synthetic Biology JournalCSCDCSTPCD北大核心
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    Ⅱ型细胞色素P450酶氧化β-香树脂醇的选择性调控研究

    孙文涛张昕哲万盛通王茹雯...
    804-814页
    查看更多>>摘要：细胞色素P450酶(简称P450酶)是天然产物合成过程中的关键修饰酶,其催化的杂泛性使得一种生物合成途径中的一个P450酶可以氧化多个中间体导致多种结构类似物的产生.P450酶催化选择性的传统调控策略主要为催化结构域的改造以及氧化还原伴侣工程,然而在由P450酶、细胞色素P450还原酶(CPR)、生物膜构成的Ⅱ型P450酶催化系统中,蛋白跨膜域、膜组分的代谢等因素对其选择性的影响尚不清晰.为探索Ⅱ型P450酶催化选择性调控的新策略,解决甘草次酸合成过程中关键Ⅱ型P450酶CYP72A63(T338S)的底物选择性差而产生副产物11-脱氧甘草次酸的问题,本文通过在CYP72A63(T338S)的N端融合酵母内源P450酶以及其他内质网定位蛋白的跨膜域方式重塑CYP72A63(T338S)的跨膜结构,改造重要膜组分鞘脂的代谢途径,调节生物合成途径中具有底物竞争关系的P450酶表达比例的三种策略,以酿酒酵母为底盘菌株,通过体内验证的方式,探究了跨膜域、鞘脂代谢以及具有底物竞争关系的P450酶表达比例的变化对CYP72A63(T338S)催化特性的影响.结果表明,跨膜域的重塑以及鞘脂代谢的调节显著改变了CYP72A63(T338S)催化的底物选择性,N端跨膜域融合NTE1N以及敲除二氢鞘氨醇4-羟化酶的编码基因SUR2显著抑制了其对β-香树脂醇的氧化选择性;过表达来自毕赤酵母的葡萄糖神经酰胺合酶则会显著促进其对β-香树脂醇的氧化选择性;通过提高Uni25647(来源于乌拉尔甘草的11-氧-β-香树脂醇合成酶)的表达比例,促进了其与CYP72A63(T338S)竞争β-香树脂醇的能力,完全抑制了副产物11-脱氧甘草次酸的合成.本文为P450酶,尤其是膜定位的Ⅱ型P450酶催化特性调控的研究提供了新的思路和方法.

    细胞色素P450酶跨膜域鞘脂催化选择性甘草次酸酿酒酵母

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    虫生真菌非核糖体多肽活性产物生物合成潜力预测

    张礼文István MOLNáR徐玉泉
    815-825页
    查看更多>>摘要：肉座菌目虫生真菌合成的非核糖体多肽类天然产物具有抗菌、杀虫、抗癌、调节免疫等生物活性,在临床和农业等领域有重要应用价值.近年来,随着真菌基因组测序数量的迅速增加、注释和分析工具的不断进步,人们发现真菌基因组中存在大量产物未知的天然产物合成基因.准确有效地预测这些基因的功能,筛选最有潜力合成新颖天然产物的基因簇,可以提高天然产物挖掘的效率.本研究选取40株肉座菌目虫生真菌基因组,系统分析了编码非核糖体多肽合成酶的基因及基因簇.基于隐马尔可夫模型,预测了445个模块型非核糖体多肽合成酶和1243个类非核糖体多肽合成酶;通过提取腺苷酰化结构域,构建序列相似性网络,以已知功能的非核糖体多肽合成酶作为标签,利用马尔可夫聚类算法,分析了非核糖体多肽产物的主要类别,发现了可能合成线性多肽、环缩肽、脂多肽、生物碱等新型结构化合物的基因簇.研究结果不仅揭示了肉座菌目虫生真菌合成非核糖体多肽活性产物的巨大潜力,而且为通过激活沉默基因簇挖掘新产物、利用合成生物学手段改造合成途径提供参考.

    肉座菌目虫生真菌非核糖体多肽合成酶非核糖体多肽生物合成基因簇序列相似性网络分析

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    环番合成酶PacB催化Xye类核糖体肽翻译后修饰研究

    韩沅均莫天录邓子新张琪...
    826-836页
    查看更多>>摘要：近年来,一类含有分子内三残基环番结构的新型核糖体肽引起了广泛关注.这类化合物通常由一类S-腺苷甲硫氨酸自由基酶催化核心肽中芳香氨基酸的sp2碳和相邻第三位氨基酸残基侧链的sp3碳之间形成C—C或C—O键,这类酶被称为三残基环番合成酶(3-CyFEs).目前发现Xye类核糖体肽天然产物生物合成基因簇中普遍含有此类三残基环番合成酶.本文报道从Photorhabdus australis DSM 17609中发现一个新的Xye类核糖体肽生物合成基因簇pac.异源表达和体外活性重建表明其生物合成基因簇编码的三残基环番合成酶PacB负责pacpeptide核心肽内的三个分子内环的生成.体内和体外实验结果初步表明PacB具有较高的底物容忍性,三个环番结构相互独立形成,但形成效率存在明显的差异,从而初步揭示了三个环番的形成顺序.本研究拓展了对Xye类核糖体肽化合物家族翻译后修饰以及三残基环番合成酶催化功能的了解.

    S-腺苷甲硫氨酸自由基酶三残基环番合成酶核糖体肽翻译后修饰

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    利用异源表达挖掘纤维堆囊菌So0157-2的新型天然产物

    周海波申琪瑶陈汉娜王宗杰...
    837-849页
    查看更多>>摘要：黏细菌是天然产物的重要来源.纤维堆囊菌So0157-2是抗癌药物埃博霉素的产生菌,并且是已知基因组最大的原核生物.生物信息学分析发现该菌一共含有35个次级代谢产物生物合成基因簇,除了已知的埃博霉素基因簇和其他两个萜类化合物生物合成基因簇与已知基因簇的相似度为100％之外,其他基因簇与已知化合物基因簇相似度均较低,其中包括17个聚酮合酶(polyketide synthase,PKS)、非核糖体肽合成酶(nonribosomal peptide synthetase,NRPS)及其杂合的基因簇.由于纤维堆囊菌So0157-2生长缓慢、培养困难且难以在本源菌中进行遗传改造.因此,将其生物合成基因簇转移到简单宿主中,利用异源表达策略是挖掘该菌中新颖天然产物的一个有效途径.本文利用直接克隆技术从纤维堆囊菌So0157-2基因组DNA中克隆了1个包含NRPS和PKS结构域的基因簇BGC18,将其转移至伯克氏菌DSM 7029中进行异源表达.通过液质联用分析,色谱柱靶向分离纯化,进而通过NMR结构鉴定和Marfey反应确定了3个化合物分别为Cyclo(N-Me-L-Leu-L-Val)(1)、Cyclo(N-Me-L-Leu-L-Leu)(2)、Cyclo(N-Me-L-Leu-L-Ile)(3).化合物结构的多样性来源于第1个腺苷化结构域对底物识别的宽泛性(Val/Leu/Ile).生物合成途径分析推测由于缺少硫醇化结构域导致PKS模块被跳过,从而只获得了NRPS指导合成的环二肽产物1～3,这可能是细菌中一种实现化合物多样性的方式.本论文以基因簇直接克隆与异源表达相结合的策略,成功实现了一个来源于纤维堆囊菌So0157-2中的NRPS-PKS杂合基因簇的异源表达,分离并鉴定了3个该基因簇对应的表达产物.本研究为后续从该菌株中挖掘更多活性天然产物奠定了技术基础,也为其他难培养菌株的次级代谢产物的挖掘提供了思路.

    异源表达纤维堆囊菌基因组挖掘非核糖体肽二酮哌嗪

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    征稿简则

    封3页
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