環(huán)酯肽類抗生素是一類結(jié)構(gòu)復(fù)雜,、生物活性活性顯著的抗生素,，是創(chuàng)新藥物的重要源泉,。黑莫他丁（himastatin）是由鏈霉菌產(chǎn)生的,，組成其分子的六個(gè)結(jié)構(gòu)單元以DL交替方式排列并且形成結(jié)構(gòu)對稱的二聚體,。自其發(fā)現(xiàn)以來，以其新穎,、復(fù)雜的結(jié)構(gòu)特征和良好的抗菌,、抗腫瘤活性引起了有機(jī)合成、藥物化學(xué)和藥理學(xué)等領(lǐng)域科學(xué)家的關(guān)注,。
利用生物合成和組合生物合成技術(shù)改造微生物活性代謝產(chǎn)物已經(jīng)成為新藥研究開發(fā)的重要手段,。鑒于himastatin新穎的結(jié)構(gòu)、良好的生物活性,、化學(xué)全合成的難度和低收率及其蘊(yùn)含的新穎的酶學(xué)機(jī)制,，中國科學(xué)院南海海洋研究所海洋天然產(chǎn)物及其生物合成學(xué)科組鞠建華研究員領(lǐng)導(dǎo)的團(tuán)隊(duì)，經(jīng)過3年努力,，綜合運(yùn)用微生物基因組學(xué),、細(xì)菌遺傳學(xué)、分子生物學(xué)和天然產(chǎn)物化學(xué)等多學(xué)科專業(yè)技術(shù),，對具h(yuǎn)imastatin的生物合成機(jī)制進(jìn)行了深入研究并取得了重要進(jìn)展,。
研究人員通過基因組掃描測序和生物信息學(xué)分析獲得了Himastatin的生物合成基因簇，揭示了其生物合成裝配線上新穎的模塊組織結(jié)構(gòu),。其生物合成基因簇包含20個(gè)基因,，分別編碼4個(gè)非核糖體聚肽合成酶、2個(gè)硫酯酶,、3個(gè)未知功能蛋白,、1個(gè)乙酰谷氨酸激酶、3個(gè)調(diào)控蛋白,、1個(gè)脫氫酶,、2個(gè)ATP結(jié)合轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白、1個(gè)肽單氧化酶和3個(gè)細(xì)胞色素P450家族蛋白,。研究人員通過文庫構(gòu)建和篩選,，對12個(gè)功能基因進(jìn)行了體內(nèi)基因置換突變，對兩個(gè)關(guān)鍵基因進(jìn)行了回補(bǔ)實(shí)驗(yàn),，并對突變株的代謝產(chǎn)物進(jìn)行了分析,，從其中3個(gè)細(xì)胞色素P450基因突變株中分離鑒定了6個(gè)關(guān)鍵生物合成中間體或結(jié)構(gòu)衍生物，闡明了himastatin獨(dú)特的生物合成途徑和三種細(xì)胞色素P450氧化酶的后修飾功能,，首次發(fā)現(xiàn)HmtN負(fù)責(zé)哌嗪酸結(jié)構(gòu)單元的立體專一性和區(qū)域?qū)Ｒ恍粤u化反應(yīng),，HmtT負(fù)責(zé)催化色氨酸結(jié)構(gòu)單元的環(huán)氧化-環(huán)化反應(yīng)導(dǎo)致氫化吡咯吲哚三環(huán)結(jié)構(gòu)的形成，HmtS負(fù)責(zé)天然對稱小分子的區(qū)域?qū)Ｒ恍缘姆辑h(huán)-芳環(huán)碳碳偶聯(lián)反應(yīng),。
該項(xiàng)研究揭示了環(huán)酯肽類抗生素Himastatin獨(dú)特的生物合成機(jī)制,，發(fā)現(xiàn)了3種新功能細(xì)胞色素P450氧化酶,，能夠在溫和條件下完成區(qū)域?qū)Ｒ恍浴⒘Ⅲw專一性和非活化的芳香碳碳偶聯(lián)反應(yīng),。研究成果已發(fā)表于《德國應(yīng)用化學(xué)》(Angew. Chem. Int. Ed. 2011, 50, 7797-7802),。
該研究工作得到國家自然科學(xué)基金、中國科學(xué)院“百人計(jì)劃”等項(xiàng)目的資助,。（生物谷Bioon.com）
DOI: 10.1002/ange.201102305
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Biosynthesis of Himastatin: Assembly Line and Characterization of Three Cytochrome?P450 Enzymes Involved in the Post-tailoring Oxidative Steps
Dr. Junying Ma, Dr. Zhongwen Wang, Dr. Hongbo Huang, Minghe Luo1, Dianguang Zuo, Dr. Bo Wang, Aijun Sun, Prof.Dr. Yi-Qiang Cheng, Prof.Dr. Changsheng Zhang, Prof.Dr. Jianhua Ju
Der Biosyntheseweg von Himastatin aus Streptomyces himastatinicus wurde durch Genomanalyse, die Erzeugung von Gendeletionsmutanten und Komplementierungsexperimente aufgekl?rt. Drei Cytochrome?P450, die neuartige postmodifizierende Oxidationen katalysieren (siehe Bild), werden charakterisiert.
