非核糖体肽合成酶工程改造研究进展

非核糖体肽合成酶合成的非核糖体肽类天然产物具有丰富的结构和多样的功能,在医药、农业、工业等领域具有广泛的应用潜力。利用合成生物技术工程改造非核糖体肽合成酶,在微生物细胞工厂中组合生物合成新型非核糖体肽分子顺应绿色化学的发展理念,是国内外学者关注的热点。文中归纳了3种不同的非核糖体肽合成酶工程改造策略,并对近年来相关领域的研究进展进行综述。     

非核糖体肽合成酶装配机制研究进展CSCD

非核糖体多肽(nonribosomal peptide,NRP)是天然生物活性产物一大类群,组成结构多样,具有多种重要的药用价值。在微生物中催化非核糖体多肽生物合成的是非核糖体肽合成酶(nonribosomal peptide synthetase,NRPS),NRPS是一类模块酶系,模块的组装在非核糖体多肽合成及其环化中起着关键作用。本文主要对非核糖体肽合成酶常规模块组装模式及3种非常规合成模式进行综述,为深入了解和应用非核糖体肽合成酶在抗生素类生物活性物质中的作用提供理论依据。     

非核糖体肽合成酶催化的非常规装配模式

非核糖体肽合成酶(NRPSs)催化形成复杂肽类天然产物, 其中很多显示了很好的生物学活性和医疗价值。常规NRPSs具有模块化和线性催化的特点, 然而在生物合成研究过程中也发现了很多具有非常规装配模式的NRPSs。本文针对其中4种非常规装配模式: 重复使用、非线性、模块跳跃和非核糖体前肽模式, 结合一些代表性例子做一小型综述。     

非核糖体肽合成酶装配机制研究进展

非核糖体多肽(nonribosomal peptide,NRP)是天然生物活性产物一大类群,组成结构多样,具有多种重要的药用价值。在微生物中催化非核糖体多肽生物合成的是非核糖体肽合成酶(nonribosomal peptide synthetase,NRPS),NRPS是一类模块酶系,模块的组装在非核糖体多肽合成及其环化中起着关键作用。本文主要对非核糖体肽合成酶常规模块组装模式及3种非常规合成模式进行综述,为深入了解和应用非核糖体肽合成酶在抗生素类生物活性物质中的作用提供理论依据。     

非核糖体肽的生物合成研究进展

非核糖体肽(nonribosomal peptide, NRP)是由多种微生物通过非核糖体肽合成酶(nonribosomal peptide synthetase, NRPS)等催化合成的一类小分子多肽类次级代谢产物,具有抗菌、抗肿瘤、免疫抑制等多种生物活性,是一类重要的微生物药物,具有很高的临床应用价值。从目前已发现的小分子多肽类天然药物出发,综述了该类物质的生物功能、合成组装机制以及近年来在工程改造方面的进展,并提出了未来研究发展方向,对进一步通过组合生物合成等方式高效合成更多种类的小分子多肽类活性物质具有借鉴意义。     

微生物肽类次级代谢产物研究进展

微生物肽类次级代谢产物是一类重要的天然产物,因含有稀有氨基酸而具有丰富的化学结构和生物活性。随着微生物天然产物分离纯化技术的发展,新型肽类产物层出不穷,在微生物次级代谢产物的研究领域扮演了重要的角色。本文综述近年来发现的来自细菌和真菌的微生物肽类代谢产物,以及采用基因挖掘等手段人工合成的新型肽类产物,并结合近年来本团队昆虫病原线虫共生菌肽类产物的研究积累,分析微生物肽类产物研究存在的问题及可能的解决方案,以期为微生物导向的新型活性肽类产物的深入发掘和应用研究提供参考。     

枯草芽孢杆菌抗菌肽生物合成的研究进展

革兰氏阳性菌模式生物--枯草芽孢杆菌能分泌多种肽类及由肽类衍生的抗菌活性物质,按合成途径不同,可分为核糖体肽和非核糖体肽。其中,非核糖体肽分子量较小,一般为3000Da以下,其生物合成是通过多功能复合酶系--非核糖体肽链合成酶来完成的,多发生在菌体生长停止之后;而核糖体肽分子量较大,其合成多于菌体快速生长时期。非核糖体肽链合成酶和核糖体肽的合成及其调控均需基因参与,而这一系列基因就构成了各种抗菌肽生物合成的基因簇。对核糖体肽和非核糖体肽的生物合成及其相关调控机制进行了综述。     

羊毛硫肽类化合物(Lanthipeptide)生物合成新进展

羊毛硫肽化合物(Lanthipeptides)是由核糖体合成并经过翻译后修饰得到的一大类肽类天然产物。这类化合物广泛的产生于不同种类的细菌,具有丰富的结构和生物活性多样性,为活性药物研究和开发提供重要的来源。本文综述了近几年来羊毛硫肽化合物生物合成进展,从其合成酶结构,进化机制,区域和立体选择性控制等方面进行了简要的讨论,展示了羊毛硫肽类化合物生物合成中特殊而迷人的酶学机制。     

肽类抗生素生物合成基因簇在Escherichia coli中的异源表达

微生物能够产生众多结构和生物活性多样的次生代谢产物,而其生物合成基因簇的挖掘和异源表达是药物创新和产量提高的必要前提. 在过去20年里,大量重要天然产物的生物合成基因簇在微生物中被不断的发现. 在这些被挖掘的基因簇中,肽类抗生素的生物合成基因簇占了很大比重.肽类抗生素因具有抗菌、抗肿瘤、抗病毒等多种生物学活性而备受化学家和药物学家的重视. 如能了解它们的生物合成机制,实现其基因簇的异源表达,将使合理化遗传修饰生物合成通路获取结构类似物（药物开发）和提高产量成为可能. 大肠杆菌作为最广泛、最成功的表达体系,常用来表达外源基因,但一般只能表达一个或几个基因,却很少有用它来表达整个生物合成基因簇. 2001年,Khosla和Cane在E.coli中成功异源表达了一个复杂聚酮天然产物（红霉素苷原6dEB）基因簇. 这是首个有关在E.coli中异源表达天然产物生物合成基因簇的研究. 至此之后,大肠杆菌开始作为生物合成基因簇的异源表达宿主,越来越受到相关领域的重视. 紧接着核糖体肽和非核糖体肽生物合成基因簇也相继在大肠杆菌中成功异源表达. 本文对肽类抗生素生物合成基因簇在E.coli中的异源表达进行了综述.     

羊毛硫肽的高通量工程改造方法新进展

羊毛硫肽(lanthipeptide)是由核糖体合成并经翻译后修饰产生的肽类天然产物,具有丰富的分子结构和多样的生物活性.新型羊毛硫肽是活性药物的重要来源,可以通过基因组挖掘和工程改造获得.羊毛硫肽前体肽由基因编码,同时其合成酶具有较高的底物杂泛性.基于这些特征,可以对羊毛硫肽的生物合成过程开展高通量工程改造,从而快速...     

非核糖体多肽合成酶研究进展

细菌和真菌采用非核糖体系统合成一些重要的多肽类物质.近年来的研究表明,在该系统中发挥关键作用的是一类分子巨大的非核糖体多肽合成酶.它们由顺序排列的组件构成,酶分子结构本身即蕴涵着多肽合成的信息.对非核糖体多肽合成酶结构和功能的了解,使人们期望可以通过对这类酶的修饰和重组来合成一些新的多肽类物质.     

Dissecting and exploiting nonribosomal peptide synthetases

Over the past decade striking advances in microbialgenetics have propelled a revolution in our ability todeduce, analyze and manipulate the biosynthesis of struc-turally complex and biologically important families of na-ture products, one most notable cla…     

Structural basis of the nonribosomal codes for nonproteinogenic amino acid selective adenylation enzymes in the biosynthesis of natural products

Journal of Industrial Microbiology & Biotechnology - Nonproteinogenic amino acids are the unique building blocks of nonribosomal peptides (NRPs) and hybrid nonribosomal...     

Identification of a biosynthetic gene cluster and the six associated lipopeptides involved in swarming motility of Pseudomonas syringae pv. tomato DC3000

Pseudomonas species are known to be prolific producers of secondary metabolites that are synthesized wholly or in part by nonribosomal peptide synthetases. In an effort to identify additional nonribosomal peptides produced by these bacteria, a bioinformatics approach was used to "mine" the genome of Pseudomonas syringae pv. tomato DC3000 for the metabolic potential to biosynthesize previously unknown nonribosomal peptides. Herein we describe the identification of a nonribosomal peptide biosynthetic gene cluster that codes for proteins involved in the production of six structurally related linear lipopeptides. Structures for each of these lipopeptides were proposed based on amino acid analysis and mass spectrometry analyses. Mutations in this cluster resulted in the loss of swarming motility of P. syringae pv. tomato DC3000 on medium containing a low percentage of agar. This phenotype is consistent with the loss of the ability to produce a lipopeptide that functions as a biosurfactant. This work gives additional evidence that mining the genomes of microorganisms followed by metabolite and phenotypic analyses leads to the identification of previously unknown secondary metabolites.     

Where chemistry meets biology: the chemoenzymatic synthesis of nonribosomal peptides and polyketides

Intensive studies on modular biosynthetic assembly line machinery have provided researchers with a profound knowledge of how nonribosomal peptides and polyketides used in different therapeutic areas are produced in nature. This has opened the door for projects aiming to manipulate the assembly of these small molecules by directed and combinatorial approaches to produce novel compounds both in vivo and in vitro. Here, we highlight a set of recent chemoenzymatic attempts towards the synthesis of nonribosomal peptides and polyketides that aim to generate these structurally demanding compounds through the combined utilization of synthetic chemical tools and recombinant natural product metabolic enzymes.     

非核糖体肽合成酶的末端硫酯酶与多肽环化

非核糖体肽合成酶（nonribosomal peptide synthetases,NRPSs）能以多载体巯基化模板机制合成各种结构复杂、种类繁多的次生代谢非核糖体环肽.根据环肽末端环化的方式,可分为两大类：大环内酯型和内酰胺型.负责非核糖体环肽最终环化的硫酯酶（thioesterase,TE）属于α/β水解酶超家族.该家族包括：脂酶、蛋白酶、酯酶等,其共有特征是含有保守的催化三元件（Ser-His-Asp）,起到终止反应和释放产物的功能. TE具有区域定向性（regiospecific）、化学定向性（chemospecific）及立体定向性（stereospecific）的特点,在非核糖体肽（nonribosomal peptide,NRP）的合成反应中具有决定性作用,直接影响到最终环肽的生成. 同时,TE由于其特有的环化和水解的双重活性,在体外的线性多肽环化中越来越受到众多学者的关注. 综合国内外相关文献,本文着重从TE介导下的产物释放机制和影响因素两个方面综述非核糖体末端硫酯酶的研究进展及其应用.     

非核糖体肽合成酶(NRPSs)作用机理与应用的研究进展

许多微生物能利用非核糖体肽合成酶(NRPSs)合成结构复杂、种类繁多的的生物活性肽。非核糖体肽因其独特的理化特性和药理学特性已被广泛关注,极具商业开发潜力。NRPSs由多个模块组成,模块的不同空间排列顺序决定其多肽产物的氨基酸序列特异性。NRPSs以多载体巯基化模板机理进行多肽合成,其底物特异性由腺苷酰化结构域和缩合结构域共同实现。目前,人们已经利用天然的NRPSs、某些特定结构域、将已知NRPSs的模块或特定结构域进行组合甚至杂合组合而构建成的新的NRPSs来合成目的多肽。     

Dynamics and mechanistic interpretations of nonribosomal peptide synthetase cyclization domains

Ox-/thiazoline groups in nonribosomal peptides are formed by a variant of peptide-forming condensation domains called heterocyclization (Cy) domains and appear in a range of pharmaceutically important natural products and virulence factors. Recent cryo-EM, crystallographic, and NMR studies of Cy domains make it opportune to revisit outstanding questions regarding their molecular mechanisms. This review covers structural and dynamical findings about Cy domains that will inform future bioengineering efforts and our understanding of natural product synthesis.     

Chemoenzymatic approaches for streamlined detection of active site modifications on thiotemplate assembly lines using mass spectrometry

For the direct interrogation of peptides harboring covalently modified serines in nonribosomal peptide synthetases, streamlined methodologies described here employ proteolysis and reporter-coenzyme A analogues of four types. The chromophoric and fluorescent coenzyme A analogues pyrene-maleimidyl-S-CoA and BODIPY-FL-N-(2-aminoethyl)maleimidyl-S-CoA were enzymatically loaded onto the active site serines harbored in the ArCP, PCP1, and PCP2 thiolation domains of PchE and PchF, the nonribosomal peptide synthetases responsible for the biosynthesis of the siderophore pyochelin. During the chromatographic separation of cyanogen bromide digests, observation of the absorbance (at 338 and 504 nm) or fluorescence (after irradiation at 365 nm) enabled the selective detection of peptides containing each active site serine. This resulted in quick detection of each active site peptide by Fourier transform mass spectrometry in the fully reconstituted pyochelin system. The loading of short acyl chain reporters in equimolar quantities permitted further insights into digestion heterogeneity and side reactions by virtue of a mass shift signature on each active site peptide. The chromatographic shift of the reporter-loaded peptides relative to peptides carrying on pathway intermediates was 2 min at 7 kDa, providing a general strategy for efficient localization of "carrier" peptides in complex digests of thiotemplate enzymes. Also, the use of the affinity reporter, biotin-maleimidyl-S-coenzyme A, permitted the isolation of intact synthetases at high purity via removal of contaminating Escherichia coli proteins.     

Design and application of multimodular peptide synthetases.

Nonribosomal peptide synthetases produce bioactive peptides of great structural diversity. Their modular organization makes them amenable to the construction of hybrid enzymes that synthesize novel products. New strategies for combinatorial approaches are being developed from the recent advances in nonribosomal peptide synthesis on the genetic, biochemical and structural level.