一株蟾毒灵转化菌株的筛选鉴定与转化条件优化

【背景】微生物转化是对天然产物进行结构修饰的重要手段,具有催化反应快、选择性强、反应条件易控制和污染小等特点。许多微生物能够对蟾毒配基类化合物进行生物转化,在不同位置进行结构修饰,并且产生毒性减弱的活性衍生物。【目的】筛选蟾毒灵生物转化菌株,以期发现活性更好、毒性降低的化合物。【方法】利用蟾毒灵为底物筛选其生物转化菌株,通过HPLC (High performance liquid chromatography)/LC-MS (Liquid chromatograph-mass spectrometer)鉴定转化产物;对可生物转化蟾毒灵的菌株进行菌落形态观察和分子生物学鉴定,并优化发酵条件提高转化率,同时测试该菌株对其他甾体化合物的转化作用。【结果】筛选获得一株蟾毒灵转化菌,经形态学与ITS (Internal transcribed spacer)分析鉴定为Naganishia属菌,转化产物为3-去氢蟾毒灵。该菌株生物转化的培养基最适底物浓度为8 mg/L,最适初始pH值为6.5,最佳接种量为3%,最佳转化时间为96 h,最终转化率为48.3%。该菌株可将雌酮E1转化为雌二醇E2,也可将雌二醇E2逆向转化为E1。【结论】首次发现Naganishia属菌株对甾体类化合物具有转化活性,其产生的弱细胞毒性的转化产物3-去氢蟾毒灵有望成为高效、安全的强心药物。微生物转化法选择性高、反应条件温和、操作简单,为大量制备活性化合物3-去氢蟾毒灵提供了一条简便易行的道路,也为更多甾体化合物结构修饰提供了可能。     

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。     

海洋链霉菌Streptomyces sp. B9173合成的2-吲哚酮生物碱

【背景】海洋来源的天然产物近年来已成为小分子药物的重要来源。对海洋链霉菌Streptomyces sp. B9173的基因组分析显示,该菌包含多种天然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】挖掘B9173菌株中未知的次级代谢产物,以期发现结构新颖或生物活性独特的化合物。【方法】利用HPLC/LC-MS结合的方法,排除了该菌株产生的已知化合物,确定3个未知化合物作为挖掘对象,然后利用正、反相硅胶柱色谱、葡聚糖凝胶柱色谱和高效液相色谱等技术对次级代谢产物进行分离纯化,最后得到化合物单体。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。【结果】确定3个化合物分别是色胺酮、甲基异靛蓝和N,N-二甲基异靛蓝,三者都属于2-吲哚酮生物碱。其中色胺酮具有非常广的生物活性,包括抗菌、抗肿瘤、抗炎症等,是药物开发的良好前体,这是首次在细菌中被分离得到。甲基异靛蓝是我国临床治疗慢性粒细胞白血病的药物,这是首次在微生物发酵液中被分离得到。目前这3个化合物均主要依赖化学合成。本研究结合B9173菌株的代谢背景,推测了3个化合物的生物合成途径。【结论】基于紫外吸收光谱和质谱特征,从B9173菌株的发酵液中分离鉴定了3个2-吲哚酮生物碱,丰富了微生物活性天然产物的种类,对3个化合物生物合成途径的推测也为进一步研究色胺酮和甲基异靛蓝的生物合成机制奠定基础,后续可利用合成生物学技术重构这类化合物的生物合成途径,提供更便捷、低成本的生物合成方法。     

基因组信息指导的星海链霉菌中2-甲硫基-N6-(4-羟基异戊烯基)-腺苷的分离鉴定

【目的】研究海洋链霉菌新种星海链霉菌Streptomyces xinghaiensis NRRL B24674~T次级代谢物中是否存在2-甲硫基-N~6-异戊烯基修饰的腺苷。【方法】通过生物信息学分析星海链霉菌S.xinghaiensis NRRL B24674~T基因组序列,寻找这类化合物的生物合成相关基因;采用正相硅胶柱色谱、反相硅胶柱色谱、凝胶柱色谱和高效液相色谱等分离技术对该菌株的发酵粗提物进行分离纯化;利用质谱与核磁共振等波谱技术鉴定化合物的结构。【结果】在星海链霉菌基因组中找到含有2-甲硫基-N~6-异戊烯基修饰的化合物生物合成途径中的2个同源蛋白;从该菌的发酵液中分离鉴定了2-甲硫基-N~6-(4-羟基异戊烯基)-腺苷(ms2io6A)。【结论】星海链霉菌S.xinghaiensis NRRL B24674~T存在此类腺苷修饰反应,并且是首次在链霉菌中发现此类腺苷修饰。生物信息学分析预示着链霉菌中可能普遍存在此类核酸或者核苷修饰。     

链黑菌素研究进展

链黑菌素(streptonigrin,STN)是一种由绒毛链霉菌(Streptomyces flocculus)产生的具有独特的氨基喹啉醌式结构的高效抗肿瘤抗生素,在癌症治疗方面具有良好的防治效果和广阔的应用前景。但是,由于链黑菌素具有较为显著的骨髓抑制副作用,限制了其在临床上的广泛应用。综述了有关链黑菌素的抗肿瘤机制、结构特点及链黑菌素及其类似物生物化学合成相关的现有知识和减除毒副作用的研究现状与展望,从而为开发低毒、无毒副作用的链黑菌素及其类似物提供科学参考。     

海绵来源链霉菌S52-B中氨酰胺天然产物的分离与鉴定

【背景】海洋微生物是复杂海洋生态环境中重要的生物资源之一。海洋微生物所产生的活性天然产物极为丰富,是药物或药物先导化合物的重要来源。【目的】探索海洋中海绵来源链霉菌Streptomycessp.S52-B的优势生长条件,挖掘其次级代谢产物,以期分离具有良好生物活性的天然产物。【方法】根据"One Strain Many Compounds"(OSMAC)策略,寻找利于Streptomyces sp. S52-B生长和次级代谢产物产生的优势培养基,结合质谱及特征性的紫外吸收谱图,选择培养基进行大量发酵。利用正相硅胶柱色谱、葡聚糖凝胶柱色谱和制备型高效液相色谱等进行分离纯化,并应用高分辨质谱和核磁共振光谱进行化合物结构解析。【结果】确定培养基A–D为海洋链霉菌S52-B的优势培养基,基于紫外吸收光谱与质谱分析,从培养基A的大量发酵物中分离鉴定3个具有吡咯并[4,3,2-de]喹啉核心结构的含氯化合物,属于氨酰胺类天然产物,其中Ammosalic acid为新结构化合物。【结论】已知含有吡咯并喹啉母核的氨酰胺类家族化合物具有优良的抗癌活性。本研究从海绵来源链霉菌S52-B中分离鉴定了3个氨酰胺类化合物,其中一个是新结构化合物,不仅丰富了此类化合物家族的结构类型,也为研究其生物合成途径中的未知机理奠定了基础,还有利于结合培养条件和基因组信息从这株海绵来源链霉菌中挖掘新结构的活性天然产物。