基于生物信息学分析从Streptomyces albofaciens JCM 4342中发现2,3-二羟基苯甲酸酯-L-丝氨酸脱水三聚体和二聚体天然产物

[背景] 铁是细菌生长的基本元素,而三价铁在自然水环境中几乎无法溶解。细菌已经进化出产生各种铁载体的能力,以促进铁的吸收。对于链霉菌,其特有的铁载体是去铁胺,同时它们也可以产生其他结构的铁载体,如ceolichelin、白霉素、肠杆菌素（enterobactin）和griseobactin。[目的] 揭示链霉菌中铁载体生物合成基因簇（Biosynthetic Gene Clusters,BGCs）的分布特点和基因簇特征,并探索其所合成铁载体的化合物结构。[方法] 利用生物信息学工具系统地分析308个具有全基因组序列信息的链霉菌中的铁载体生物合成基因簇,并用色谱和波谱方法分离和表征肠杆菌素相关天然产物。[结果] 发现Streptomyces albofaciens JCM 4342和其他少数菌株同时含有一个缺少2,3-二羟基苯甲酸（2,3-DHB）生物合成基因的孤立的肠杆菌素生物合成基因簇和另外一个推测可合成griseobactin的基因簇。从S.albofaciens JCM 4342发酵液中鉴定出4个肠杆菌素衍生的天然产物,包括链状2,3-二羟基苯甲酸酯-l-丝氨酸（2,3-DHBS）的三聚体和二聚体以及它们的脱水产物。[结论] 2个基因簇间存在一种特别的协同生物合成机制。推测是griseobactin基因簇负责合成2,3-DHB,而孤立的肠杆菌素基因簇编码的生物合成酶可夺取该底物,进而完成上述4种肠杆菌素衍生天然产物的生物合成。     

芳香聚酮早期后修饰环化酶的结构分类和功能分析

聚酮是一类结构和生物活性多样的天然产物,根据结构特点可以分为芳香聚酮和复合聚酮两大类。芳香聚酮环化酶是芳香聚酮生物合成过程中一种非常重要的早期后修饰酶,是决定芳香聚酮骨架结构的主要影响因素。根据序列和结构的相似性,芳香聚酮环化酶可以分为不同的种类。本文主要对其中3类芳香聚酮环化酶结构和功能进行了简要总结,从晶体结构、催化反应和催化机制等方面对它们进行了分类描述和功能分析,并结合自己实验室工作介绍了杰多霉素B环化酶催化机制的研究方法。     

鉴别杰多霉素生物合成后修饰氧化酶JadH中参与底物结合或催化的关键残基

JadH是羟化脱水双功能酶,参与杰多霉素生物合成中的聚酮后修饰反应,将2,3-dehydro-UWM6催化为dehydrorabelomycin。为了分析杰多霉素生物合成途径中后修饰氧化酶JadH结合、催化底物的关键氨基酸,构建了JadH与底物复合物的三维结构模型。利用该模型并结合JadH同源蛋白氨基酸序列比对分析,推测出JadH活性中心中可能参与底物结合或催化的关键氨基酸(R50、G51、L52、G53、F100、R221、I223、P295和G298)。通过定点突变及体外酶学实验对这些位点的突变体的催化活性进行评价,结果显示这些突变株活性均显著低于野生型,表明这9个氨基酸是JadH参与底物结合或催化的关键氨基酸。     

高浓度底物下青霉素扩环酶的活性评价与底物抑制现象

本文对青霉素扩环酶(Penicillin expandase,也称Deacetoxycephalosporin C synthase,DAOCS)在高浓度青霉素G下的底物抑制现象进行初步评价与表征,筛选适合工业应用条件的高活力突变体。我们通过HPLC对已报道的几个DAOCS高活力突变体在青霉素G浓度5.6至500 mmol/L间的比活力进行定量测定,并与不同催化反应动力学模型的理论推测变化趋势比较,发现DAOCS野生型酶及高活力突变体H4、H5、H6与H7在高浓度青霉素G条件下均表现出明显的底物抑制现象,但是变化趋势不同。野生型酶与突变体H4的比活力先上升后下降,与竞争性抑制模型预测不符。突变体H5、H6与H7的比活力变化呈现更复杂的变化趋势。在所有测试的突变体中,H6的活性显著高于其他突变体酶。青霉素G对野生型DAOCS的底物抑制现象符合非竞争性抑制模型的预测。而部分突变体表现出复杂的底物抑制行为,表明其具有更复杂的作用机制。在高底物浓度下筛选具有较强催化活性的青霉素扩环酶突变体对于推动其在工业生产中的应用具有重要指导作用。     

非典型角蒽环聚酮氧化开环酶的功能与进化

非典型角蒽环聚酮化合物是一类经过氧化重排反应形成的具有独特骨架结构的芳香聚酮类化合物。近年来的研究表明,尽管此类化合物具有多种多样的骨架结构,它们都是由共同的生物合成中间体Dehydrorabelomycin生成的。一个独特的加氧酶家族(称为非典型角蒽环氧化开环酶)催化了Dehydrorabelomycin的氧化碳-碳键断裂与重排反应。尽管这些酶属于同一个蛋白质家族,催化相同的底物发生氧化开环反应,但是通过不同的重排方式形成了对应于各自生物合成终产物的骨架结构,对这类化合物最终结构的形成起到了关键作用。对这一家族的加氧酶进行深入的催化功能与反应机理研究,不仅有助于对已知芳香聚酮的结构改造与新颖骨架结构芳香聚酮的发现,也有助于加深对于蛋白质序列进化与功能演化的认识。     

芳香聚酮后修饰氧化酶

氧化酶在芳香聚酮生物合成后修饰中普遍存在并对终产物的结构产生关键影响。本文简要总结了芳香聚酮后修饰氧化酶中几类最常见的氧化酶的结构和功能,并以杰多霉素生物合成途径中的后修饰氧化酶为例,阐明这些氧化酶在后修饰反应中发生作用的方式。并对后修饰氧化酶在组合生物学中的应用做了展望。     

杨克迁研究员的链霉菌研究历程

正杨克迁,男,博士,研究员,1964年12月9日生于北京,2017年3月21日卒于北京。杨克迁研究员出生在一个知识分子家庭,自小受到良好的教育。1981年以优异的成绩考取中国海洋大学生物系。1985年以全系第一的成绩考取国家公派留学资格,在四川外国语学院和北京外国语学院培训两年后,赴加拿大达尔豪斯大学生物系攻读博士学位,1993年获博士学位。1993–1999年,先后在加拿大达尔豪斯大学生物系Leo C.Vining实验室和加拿大不列颠哥伦比