链霉菌Streptomyces antibioticus NRRL 8167中Naphthgeranine A生物合成基因簇的分析鉴定

【背景】微生物来源的天然产物是小分子药物或药物先导物的重要来源。对链霉菌Streptomyces antibioticus NRRL 8167的基因组分析显示,其包含多个次级代谢产物的生物合成基因簇,具有产生多种新化合物的潜力。【目的】对链霉菌S. antibioticus NRRL 8167中次级代谢产物进行研究,以期发现结构新颖或生物活性独特的化合物,并对相应产物的生物合成基因簇和生物合成途径进行解析。【方法】利用HPLC图谱结合特征性紫外吸收和LC-MS方法,排除S. antibioticus NRRL 8167产生的已知化合物,确定具有特殊紫外吸收的化合物作为挖掘对象,然后利用正、反相硅胶柱色谱、高效液相色谱等技术对次级代谢产物进行分离纯化,分离化合物。利用质谱及核磁共振光谱技术对化合物结构进行解析和鉴定;提取链霉菌S. antibioticus NRRL 8167基因组DNA,利用PacBio测序平台进行基因组测序;利用生物信息学对基因组进行注释,并对合成该化合物的基因簇进行定位分析,推导其生物合成途径。【结果】确定这个化合物是NaphthgeranineA,属于聚酮类化合物。全基因组序列分析发现S.antibioticusNRRL8167基因组含有28个次级代谢产物生物合成基因簇,其中基因簇20可能负责Naphthgeranine A的生物合成,并对其生物合成途径进行了推导。【结论】基于紫外吸收光谱和质谱特征,从S. antibioticus NRRL 8167菌株的发酵提取物中分离鉴定了一个聚酮类化合物Naphthgeranine A。该菌株的全基因组测序为其生物合成基因簇的鉴定提供了前提,对Naphthgeranine A生物合成基因簇和生物合成途径的推测为进一步研究这个化合物的生物合成机制奠定了基础。     

极地放线菌次级代谢产物及药理活性研究进展CSCD

极地微生物处在南北极严峻、极端的自然环境下,体内的一些“沉默基因”可能会被激活,形成了独特的生存机制和生物合成途径,能够产生化学结构多样、活性显著的次级代谢产物。近年来,从极地放线菌中分离鉴定出一系列结构新颖、活性突出的次级代谢产物。本文综述了1999至2021年间的极地放线菌次级代谢产物及药理活性的研究进展,将极地放线菌来源的104个次级代谢产物按肽类、生物碱类、萜类、大环内酯类、聚酮类、大环内酰胺类等化学类别,着重介绍结构新颖和活性突出的次级代谢产物,为进一步开发利用极地放线菌、研发创新药物提供参考。     

放线菌次级代谢途径的设计

近来有关放线菌次线产物生物合成的分子遗传学和生物化学方面的进展为我们改造其代谢途径提供了一个明确的方向。近年来,对微生物的初级代谢途径进行基因改造取得了成功,但放线菌的次级代谢工程产物却都没有达到中试或生产规模。     

细胞色素P450酶与微生物药物创制北大核心CSCD

细胞色素P450酶广泛存在于动植物和微生物体内,具有底物结构多样性和催化反应类型多样性,在天然产物生物合成中扮演重要作用。P450酶可在温和条件下高选择性地催化结构复杂有机化合物中惰性C-H键的氧化反应,具备化学催化剂难以比拟的优势,因此在微生物制药领域具有广阔的应用空间。本文综述了参与天然产物生物合成的P450酶近年来的研究进展;P450酶的酶工程改造、生物转化实践及其在微生物药物创制方面的应用现状;探讨了P450酶的工业应用瓶颈及其解决途径;并对P450酶未来的应用前景进行了展望。     

链霉菌的全局调控蛋白DasR

链霉菌能够产生多种次级代谢产物,在临床、农牧业、生物技术等领域具有重要应用价值;对链霉菌的调控网络进行深入研究有助于提高次级代谢产物产量并发现新的次级代谢产物.链霉菌中次级代谢产物生物合成按调控通路分为全局调控与途径特异性调控,其中全局调控蛋白可靶向多种通路特异调控基因和生物合成基因,在链霉菌的生命活动中发挥着更为普遍...     

抗生素生物合成基因簇克隆策略的研究进展

抗生素是一类具有多种生物活性的微生物次级代谢产物,自然界中60%以上的抗生素由放线菌所产生。克隆抗生素生物合成基因簇可为阐明其生物合成机制,结构改造,产量提高提供重要信息。在后基因组时代,新的抗生素基因簇克隆策略不断涌现,大大提高了微生物重要次级代谢产物生物合成基因簇的克隆效率,并缩短了抗生素的发现周期。本文综述了抗生素生物合成基因簇克隆策略的研究进展,包括近年来发展的后基因组的克隆策略。     

微生物次级代谢产物生物合成基因簇的克隆与异源表达

微生物次级代谢产物结构、功能极为多样,具有抗感染、抗肿瘤、免疫调节等多种生物活性,是新药研发的重要来源.随着新一代DNA测序技术以及生物信息学工具的快速发展,微生物基因组中大量次级代谢产物的生物合成基因簇(biosynthetic gene clusters,BGCs)被发现,BGCs克隆与异源表达在研究次级代谢产物中...     

贝莱斯芽孢杆菌生防次级代谢产物研究进展

贝莱斯芽孢杆菌（Bacillus velezensis）是生防芽孢杆菌中的重要代表,作为微生物农药的核心菌种,已被广泛应用于作物病害生物防治。贝莱斯芽孢杆菌具有植物内生性,其生防作用机制主要包括产生次级代谢产物对抗植物病原物;改善宿主植物根际微生物群落,促进宿主营养和生长;激发宿主植物产生防御反应,诱导植物获得系统抗性。其中,产生次级代谢产物是其最重要的生防作用机制。贝莱斯芽孢杆菌含有多个编码生物合成次级代谢产物的基因簇,其中包括编码聚酮化合物合酶（PKS）和非核糖体肽合成酶（NRPS）的基因簇,同时存在核糖体途径合成次级代谢产物基因簇。通过非核糖体途径可产生脂肽类化合物、聚酮类化合物、二肽和铁载体;通过核糖体途径产生小菌素、细菌素、羊毛硫抗生素。这些具有生物活性的次级代谢产物成为了天然新药和候选抗生素的储存库,对于解析生防菌作用机制具有重要意义。本文综述了贝莱斯芽孢杆菌的命名与更迭,产生次级代谢产物的类型、合成与调控基因以及靶标病原菌,以期为生防菌株的改良和生物农药的研发提供参考。     

微生物核糖体工程研究进展

摘要：微生物获得特定类型的抗性突变,不仅反映了其核糖体或RNA多聚酶上相关靶位点结构的改变,也对突变菌株次级代谢产物（抗生素等）的生物合成能力产生深刻影响,因此筛选抗性突变株可作为微生物推理选育的途径之一。“核糖体工程”是利用微生物的各类抗性突变为筛选标记,高效获得次生代谢产物合成能力提高的突变株的推理育种新方法。本文综述了微生物“核糖体工程”的概念、各类突变的作用机理,并着重介绍组合抗性突变在提高出发菌株次级代谢产物产量方面的应用。     

放线菌次级代谢途径的设计

近来有关放线菌次级产物生物合成的分子遗传学和生物化学方面的进展为我们改造其代谢途径提供了一个明确的方向。近年来,对微生物的初级代谢途径进行基因改造取得了成功,但放线菌的次级代谢工程产物却都没有达到中试或生产规模。进展如此缓慢的主要原因是放线菌自身复杂的代谢途径以及细胞循环中复杂的调节方式及其特异性。目前人们着力于通过基因操作改造酶,从而重新设计以其催化产物为基本骨架的代谢途径,最终产生修饰的或新的天然终产物。本文将讨论达到此目的的几种设计策略。     

丝状真菌次级代谢产物的功能与合成调控研究进展

真菌是具有高度多样性的微生物资源,其产生的次级代谢产物具有很多重要的作用,如紫外线防护,自身发育以及防御外部侵害,而这些次级代谢产物的生物合成需要多个基因参与调控。本文主要综述了真菌次级代谢产物的药用价值,在真菌发育过程中的生态功能以及合成调控机制。     

微生物发酵法生产灵菌红素研究进展

灵菌红素是一种微生物次级代谢产生的重要天然红色素,在医药开发、环境治理和染料制备等领域具有巨大的潜在应用价值。文中从3个方面归纳了国内外关于灵菌红素的研究进展:产灵菌红素微生物的发现与改造;灵菌红素发酵与提取过程的控制与优化;灵菌红素生物合成途径及其转录调控机制的解析。最后,讨论了微生物发酵法生产灵菌红素今后的研究方向。     

中国丝状真菌次级代谢分子调控研究进展

在目前已知的具有生物活性的微生物次级代谢物中约有50%是由丝状真菌产生的,其中包括人们所熟知的青霉素、环孢菌素A以及洛伐他汀等。鉴于丝状真菌次级代谢物在农业、医药和工业上的重要价值,它们的生物合成及其分子调控一直备受关注。丝状真菌次级代谢物的生物合成是一个复杂的过程,一般涉及多步酶学反应,该过程往往受到不同水平的调控。深入了解丝状真菌次级代谢的分子调控机制,可以为其产量的提高、新骨架化合物的发掘以及隐性次级代谢物的激活奠定重要的理论基础。本文以丝状真菌次级代谢分子调控为主线,重点介绍近40年来我国科研工作者在该领域取得的研究进展,并对这一领域未来的发展进行展望。     

链霉菌次级代谢调控相关的双组分系统研究进展

链霉菌具有强大的次级代谢能力, 能够产生众多具有生物活性的次级代谢产物, 如目前广泛应用的抗生素、抗肿瘤药物以及免疫抑制剂等。在链霉菌中, 次级代谢产物的生物合成受到包括途径特异性、多效性以及全局性调控基因在内的多层次严格调控。关键调控基因的缺失或过表达可以显著影响次级代谢产物的生物合成, 提示对于链霉菌次级代谢重要调控基因的功能及其作用机制的研究具有巨大的潜在应用价值。其中, 作为细菌信号传导系统的双组分系统(Two-component system, TCS)一直是大家研究的关注点。越来越多的研究表明TCS在链霉菌次级代谢过程中发挥着全局性的调控功能。本文重点介绍链霉菌模式菌株——天蓝色链霉菌中TCS(包括典型TCS)、孤立的组氨酸蛋白激酶(HK)以及应答调控蛋白(RR)参与次级代谢调控的研究进展。这些TCS的功能鉴定及机制解析为工业链霉菌的定向遗传改造以提高重要次级代谢产物的含量提供了理论依据。     

隐性次级代谢产物生物合成基因簇的激活及天然产物定向发现

传统的"活性-化合物"天然药物发现方法导致大量已知化合物被重复分离,大大加剧了新药发现的难度。规模化基因组测序揭示了微生物基因组中存在大量的隐性(cryptic)次级代谢产物生物合成基因簇,如何激活这些隐性基因簇成为当今世界天然产物研究领域的难点与热点。本文从途径特异性和多效性两个角度综述了隐性生物合成基因簇激活策略;同时,对基因组信息指导下结构导向(structure-guided)的化合物定向分离技术进行了归纳。隐性基因簇的激活为定向发掘具有优良活性的新型天然产物提供了新的契机。     

卡伍尔氏链霉菌NA4的Ⅱ型聚酮基因簇的靶向激活及其产物鉴定

【目的】以基因组信息为导向,定向激活海洋来源卡伍尔氏链霉菌（Streptomyces cavourensis） NA4中沉默的Ⅱ型聚酮类次级代谢产物生物合成基因簇,鉴定新产生的次级代谢产物的结构和抑菌活性。【方法】通过添加启动子和敲除负调控基因的方法激活实验室培养条件下沉默或低表达的生物合成基因簇,并完成目标化合物的分离与纯化,通过电喷雾质谱（electrospray ionization-mass spectrometry,ESI-MS）和核磁共振（nuclear magnetic resonance,NMR）数据分析鉴定目标化合物结构,对目标化合物进行抑菌活性鉴定,基于生物信息学信息推导化合物的生物合成途径。【结果】根据基因组生物信息学分析,从海洋来源链霉菌Streptomyces cavourensis NA4中选取一个编码PKSⅡ型次级代谢产物的生物合成基因簇开展研究,成功激活目标基因簇,从中分离到1个PKSⅡ型化合物,推导了其生物合成途径并进行了抑菌活性鉴定。【结论】基因组导向下的天然产物挖掘,可以目标明确地分离产物,充分挖掘链霉菌编码次级代谢产物的潜力。     

微生物转化技术在中药开发中的应用进展

中药现代化是目前中药研究最迫切的需要,微生物转化技术可以利用微生物的特性解决中药现代化研究中难以解决的诸多问题,我们总结了微生物转化中药的特点,转化酶系统及反应类型,分析了微生物生物转化对中药的影响,认为微生物转化技术酶系统广泛,选择性强,反应条件温和可控,反应类型广泛,适用于所有类型的中药有效成分的生物转化,经过转化后,可以提高中药药效,降低毒性,去除杂质,帮助有效成分的体内代谢及产生新的药物成分。中药微生物转化技术必定成为中药学与微生物学完美契合的典范,推进中药现代化的进程。     

肠道微生物群与药物相互作用的研究进展

药物的代谢是机体对药物处置过程的关键步骤,而肠道作为机体中重要的微生态系统,其在药物代谢方面的作用至关重要。肠道微生物群能够对各种药物等外源化合物进行生物转化、积累,并改变这些物质的活性和毒性,从而影响宿主机体对它们的反应。肠道微生物群与药物之间的相互作用相当复杂,亟待更多更加深入、全面的发掘和研究。近年来,随着人们对肠道微生物群代谢及其与药物互作关系,肠道菌-宿主共代谢认知的不断深化,越来越多的研究表明肠道微生物在药代动力学中扮演重要角色。本文通过调研、整理、归纳和总结国内外相关文献资料,对机体肠道微生物的分类、功能,几种常用药物对肠道微生物的影响以及肠道菌群对药物的代谢作用效果与几个主要的机制进行了梳理和综述,并讨论了微生物和药物之间的双向互作。有利于增进对微生物群影响药物疗效及其代谢途径和机制的了解,提高调控肠道微生物改善治疗的可能性,为指导临床合理用药、精准用药、个体化治疗、药物的评价和新药研发等提供科学参考。     

基于微生物共培养的隐性基因簇激活策略

微生物次级代谢产物是药物先导化合物的重要源泉之一。随着测序技术的迅猛发展,越来越多的微生物基因组得以测序完成。伴随着测序技术的进步,生物信息学也得到了快速发展。基因组序列分析发现,链霉菌和丝状真菌等微生物中存在大量的已知的或未知的次级代谢物生物合成基因簇(secondary metabolite-biosynthetic gene clusters,SM-BGCs)。然而,在实验室培养条件下大部分基因簇无法表达或表达量很低,导致难以发现这些基因簇所对应的代谢产物,人们将这类基因簇称为“隐性基因簇”或“沉默基因簇”。通过调节基因簇中特异调控基因或基因簇外全局性调控基因的表达,对代谢途径的定向改造,以及将基因簇导入异源宿主等策略,能够激活部分隐性基因簇的表达。通过激活隐性基因簇的表达,能够发现通过常规实验室培养无法获得的具有独特生物活性的新结构代谢产物,成为创新药物的重要来源之一。然而,这些基因簇激活策略都严重依赖于对特定菌株或宿主的遗传操作。近年来,通过模拟自然混合培养中微生物间相互作用,开发了通过混合特定微生物菌株在厌氧或好氧条件下激活隐性基因簇的方法,称之为共培养激活策略。这种策略不...     

微生物来源天然产物中的β-甲基色氨酸单元及其生物合成研究进展

微生物在次级代谢过程中通常会产生结构复杂、活性多样的天然产物。这些天然产物是新药发展的基础,亦可作为先导化合物或重要的药效基团用于药物研发。结构多样的氨基酸单元是参与合成复杂多样天然产物的重要前体。天然产物中的β-甲基氨基酸单元不仅可以赋予其生物活性,还能增强其生物稳定性而不被肽酶水解。本文综述了含有β-甲基氨基酸单元的天然产物,尤其对含有β-甲基色氨酸单元的天然产物生物合成途径进行了阐释。对β-甲基色氨酸单元生物合成途径的理解结合基因组数据有助于进行新结构天然产物的挖掘,并为运用代谢科学理念和合成生物学技术开发含有该单元的新化合物提供理论基础和可操作遗传元件。