放线菌次级代谢产物研究进展

随着耐药细菌和新型病毒的不断出现，癌症的发病率和死亡率持续上升，迫使人们不断寻找新的化合物来治疗疾病。放线菌次级代谢产物结构新颖，作用独特，具有抗菌、杀虫、抗肿瘤、免疫抑制等活性，广泛应用于医疗、农业、食品等领域，深入挖掘放线菌资源来开发新型抗生素潜力巨大。然而从自然界分离的放线菌生产目标化合物的能力较弱，这直接影响其工业应用，增加其生产成本，因此构建目标化合物高产菌株显得尤为重要。本文以此为出发点，从放线菌新药资源挖掘和放线菌产抗能力提高两个方面对近年来的研究情况进行概述，为放线菌资源开发提供参考。     

新型抗结核药物研发：微生物非常规培养与沉默基因激活策略

由结核分枝杆菌感染引起的结核病是人类重要传染病之一。临床上结核菌耐药性日趋严重,不断出现的耐多药及广泛耐药结核病患者,使现有的一线至五线药物不能满足结核病防控需求。微生物来源的天然产物是药物先导化合物的重要来源。环境中存在大量常规培养条件下未培养微生物,同时微生物基因组中也存在大量未被表达的"沉默代谢途径"。运用各种方法对未培养微生物进行再培养,同时激活微生物的沉默代谢途径,进而获得潜在的新型抗生素药物已成为目前研究热点。文中系统阐述了近年来获取天然化合物所采用的微生物非常规培养技术及沉默代谢途径激活策略,同时总结了利用这两种方法获得的新型抗结核天然产物,并展望了这些方法在抗结核药物进一步研发中的应用前景。     

后基因组时代的真菌天然产物发现

真菌产生的次级代谢产物是新药发现的重要来源之一,然而近年来传统的真菌天然产物发现方法在大量真菌基因组测序完成的时代遇到了很大的挑战。如何利用这些基因组数据来发现真菌中新的天然产物已成为后基因组时代天然产物发现的研究重点和热点。本综述先后介绍了真菌天然产物的类型及其相应基因簇和骨架酶的特征,基于基因组挖掘技术发展而来的天然产物发现新策略,以及利用合成生物学理念和技术在真菌天然产物发现中的应用现状,最后展望了后基因组时代中的天然产物发现研究前沿及基因组数据在后基因组时代对真菌天然产物发现的应用前景。     

基因组重排技术在开发新代谢产物中的应用

基因组重排是一种基于原生质体融合,并对原生质进行递推式融合的新型技术。随着基因组重排技术的不断发展和成熟,通过基因组重排获得新代谢产物的例子不断出现,表明该项技术作为新代谢产物开发的途径具有一定的应用前景。在此列举了基因组重排在开发新代谢产物方面的成果,包括基因组重排激活沉默基因产生新代谢产物;基因组重排引入单酶基因产生新抗生素;基因组重排互换基因模块产生杂合抗生素和基因组重排替换前体基因产生新抗生素的例子,并展望了其发展的趋势。     

负调节基因nsdA在链霉菌中同源性及激活沉默抗生素合成基因簇的研究

nsdA基因是在天蓝色链霉菌中发现的抗生素合成负调控基因。以nsdA基因片段为探针,通过Southern杂交发现nsdA存在于多种链霉菌中。根据天蓝色链霉菌和阿维链霉菌的nsdA序列设计PCR引物,扩增多种链霉菌中nsdA基因并测序。发现在不同链霉菌中nsdA基因的相似性高达77%～100%。其中变铅青链霉菌与天蓝色链霉菌A3(2)的nsdA序列100%一致。变铅青链霉菌通常不合成放线紫红素,中断nsdA获得的突变菌株WQ2能够合成放线紫红素;在WQ2中重新引入野生型nsdA,又失去产抗生素能力。表明nsdA的中断可以激活变铅青链霉菌中沉默的放线紫红素生物合成基因簇的表达;nsdA的广泛存在及其序列高度保守则提示可以尝试用于这些菌种的抗生素高产育种。     

藏北3种裸鲤同工酶的电泳分析及物种分化的探讨

对藏北高原３种裸鲤的乳酸脱氢酶（ＬＤＨ）、苹果酸脱氢酶（ＭＤＨ）和脂酶（ＥＳＴ）进行电泳分析的结果表明,３种裸鲤酶谱均表现出种间的差别,而且在同一种群个体之间也存在着明显的分化,但无性别差异。３种裸鲤被检测的３种同工酶均有沉默基因表达的现象,重复基因ＬＤＨ－Ａ^2、ＬＤＨ－Ｂ^2、s-MDH-A^2和m-MDH-B^2也在部分个体中表达。遗传距离分析表明,色林错裸鲤（Ｇ.selincuoensis)与错鄂裸鲤（Ｇ．cuoensis)之间较之于与纳木错裸鲤（Ｇ．namensis)有更近的亲缘关系。与其他四倍体鱼类相比,裸鲤鱼类同工酶在重复基因和沉默基因上都有较高的表达频率,这种情况说明裸鲤鱼类目前可能还外于多倍化后进化的早期过程并早于胭脂鱼类所处的相应时期,这与裂腹鱼类起源较晚以及青藏高原业已存在的恶劣环境条件直接相关。     

后基因组时代微生物天然产物高效发掘体系设计与展望

微生物天然产物具有丰富的化学结构多样性和诱人的生物活性,持续启迪着创新医药和农药的发现。近年来,随着高通量测序技术的快速发展,巨大的微生物基因组数据揭示了多样生物合成和新颖天然产物的潜能远高于以前的认知。然而,如何高效地激活隐性的生物合成基因簇 (BGCs) 并识别相应的化合物,以及避免已知代谢产物的重复发现等挑战依然严峻。本文描述了面对这些问题时基因组学、生物信息学、机器学习、代谢组学、基因编辑和合成生物学等新技术在发现药用先导化合物过程中提供的机遇;总结并论述了在潜力菌株优选、BGCs的生物信息学预测、沉默 BGCs的高效激活以及目标产物的识别和跟踪方面的新见解;提出了基于潜力菌株选择和多组学挖掘技术从微生物天然产物中高效发现先导结构的系统线路 (SPLSD),并讨论了未来天然产物药用先导发现的机遇和挑战。     

负调节基因nsdA在链霉菌中同源性及激活沉默抗生素合成基因簇的研究

nsdA基因是在天蓝色链霉菌中发现的抗生素合成负调控基因。以nsdA基因片段为探针,通过Southern杂交发现nsdA存在于多种链霉菌中。根据天蓝色链霉菌和阿维链霉菌的nsdA序列设计PCR引物,扩增多种链霉菌中nsdA基因并测序。发现在不同链霉菌中nsdA基因的相似性高达77%~100%。其中变铅青链霉菌与天蓝色链霉菌A3(2)的nsdA序列100%一致。变铅青链霉菌通常不合成放线紫红素,中断nsdA获得的突变菌株WQ2能够合成放线紫红素;在WQ2中重新引入野生型nsdA,又失去产抗生素能力。表明nsdA的中断可以激活变铅青链霉菌中沉默的放线紫红素生物合成基因簇的表达;nsdA的广泛存在及其序列高度保守则提示可以尝试用于这些菌种的抗生素高产育种。     

信号分子在链霉菌天然产物发现和开发中的应用研究进展

链霉菌具有巨大的合成次级代谢产物的潜力,但在实验室常规培养条件下链霉菌中大部分生物合成基因簇是沉默的,或者表达量极低。链霉菌中信号分子可调节形态分化和代谢产物的生物合成。通过对编码这些信号分子合成酶或受体的基因进行操作,或在发酵液中添加信号分子,可以激活链霉菌中的沉默生物合成基因簇,发现新的天然产物,或者提升已发现的天然产物产量。本文以γ-丁内酯和γ-丁烯内酯两类信号分子为例总结了过去十余年中信号分子在链霉菌天然产物发现和产量提升中的应用,以期为微生物天然产物的开发提供借鉴。     

采用蛋白质组学技术筛选鼻咽癌细胞的甲基化沉默基因

为筛选鼻咽癌的甲基化沉默基因,采用二维凝胶电泳(2-DE)技术分离甲基转移酶抑制剂5-杂氮-2'-脱氧胞苷(5-aza-2-dC)处理与未处理鼻咽癌细胞5-8F的蛋白质,PDquest图像分析软件识别差异蛋白质点,基质辅助激光解吸电离飞行时间质谱(MALDI-TOF-MS)鉴定差异蛋白质.然后采用Western blotting和RT-PCR检测差异蛋白质nm23-H1在药物处理与未处理5.8F细胞中的表达水平,采用甲基化特异性PCR(MS-PCR)检测nm23-H1基因在药物处理与未处理5-8F细胞中的甲基化水平.建立了5-aza-2-dC处理与未处理5.8F细胞蛋白质的2-DE图谱,识别了49个差异表达的蛋白质点,鉴定了33个差异表达的蛋白质,其中包括rim23.H1在内的15个蛋白质在5-aza-2-dC处理后的5-8F细胞中表达上调,而18个蛋白质表达下调.Western blotting和RT-PCR结果显示,nm23-H1在5-aza-2-dC处理5-8F细胞后表达上调,MS-PCR结果显示,在5-aza-2-dC处理5-8F细胞后nm23-H1基因甲基化水平下降,结果证实,nm23-H1基因是5-8F细胞中的甲基化沉默基因.15个5-aza.2-dC处理后表达上调的基因可能是5-8F细胞中的甲基化沉默基因,为筛选鼻咽癌甲基化失活基因提供了科学依据.