环脂肽类生物表面活性剂结构、功能及生物合成*

环脂肽是由微生物产生的一类生物表面活性剂,由亲水的肽环和亲油的脂肪烃链两部分组成,具有独特的化学结构和生理功能。除具表面活性外,环脂肽还具有抗真菌、抗细菌、抗病毒、抗肿瘤等生物活性,具有广阔的应用前景,但我国对这一领域的研究却刚刚起步。本文介绍了目前已知环脂肽的结构类型、结构与功能的关系、相关功能特点等,着重介绍了环脂肽生物合成的非核糖体多酶体系及合成酶基因操纵子,并对环脂肽的应用前景进行了展望。     

芽胞杆菌产生的环脂肽类物质的研究进展

环脂肽类物质具有抗菌、抗肿瘤、抗病毒等多种生物活性,其潜在的应用价值已逐渐引起了人们的注意。主要针对芽胞杆菌产生的环脂肽,综述了环脂肽类物质的结构及分类、生理活性、生物合成机制。由于环脂肽结构的不同,分离纯化及鉴定方法也会有所差异,因此对环脂肽的分离纯化及鉴定方法方面也做了简单的综述。最后展望了我国对于环脂肽研究的不足及未来的发展前景。     

脂肽类抗生素及其作用机制

脂肽类抗生素是由微生物代谢产生的一类具有很强表面活性的生物活性物质,含有由亲水性氨基酸和疏水性脂肪酸链组成的特殊分子结构,表现出亲水、亲脂两亲性的特性,具有抗菌、抗肿瘤和抗病毒等多种生物学活性,作为抗菌药物和肿瘤抑制剂在医药和临床应用领域具有良好的应用潜力和前景。本文对脂肽类抗生素的结构、生物学功能和作用机制等最新研究进展进行综述。     

合成生物学指导下芽孢杆菌合成环脂肽的研究进展*

近年来,合成生物学借助工程化在人工生命系统的设计与构建方面取得了长足进展,特别是“细胞工厂”的开发和应用为天然产物的合成带来了深刻变革。环脂肽是一类新型的天然表面活性剂,因其特殊的结构和功能亦可作为抗生素使用。目前,合成环脂肽最理想的微生物底盘是芽孢杆菌。因此,许多研究者致力于通过合成生物学技术来提升芽孢杆菌作为环脂肽细胞工厂的性能。首先,对芽孢杆菌中环脂肽的非核糖体肽合成途径进行概述;其次,重点介绍与环脂肽合成相关的调控因子;再次,从底盘细胞的选择、基因编辑工具的开发、合成路径的优化及发酵过程的优化等四个方面对合成生物学指导下环脂肽的相关研究进展进行总结;最后,讨论环脂肽合成中可能存在的挑战,并就未来研究趋势进行展望,以期为高效环脂肽细胞工厂的开发提供参考。     

微生物源脂肽的生物合成和分子调控

微生物源脂肽具有抑制真菌和细菌的生长、抗病毒和抗肿瘤等多种生物活性,在农业生物防治、临床医疗、环境治理等多种领域具有巨大的应用潜力。然而,低产量一直是影响其推广应用的瓶颈。深入了解脂肽合成的关键因素和调控策略对于提高其产量和纯度至关重要。本文概括了3大家族脂肽surfactin、fengycin和iturin的结构、功能及应用前景,介绍了NRPS和NRPS-PKS两种合成系统的结构域和功能,阐释了脂肽生物合成过程中侧链脂肪酸的合成、脂肪酸的活化及与氨基酸的连接、肽链的延伸和环化三个阶段的模块组装和酶催化活动,以及三大家族脂肽合成操纵子开放阅读框的组成;总结了导入或缺失关键基因、定点突变、模块替换、强启动子替换、修饰前体路径等多种遗传操作对脂肽产量的影响,以及群体感应肽信息素、sigma因子等全局调控因子对脂肽合成基因表达的调节。指出利用多组学联用深入探讨脂肽合成的全局分子调控机制和加强结构域蛋白互作和分子动力学研究是提高脂肽产量和纯度以及创造新脂肽的理论基础,提出了利用基因组装和编辑等合成生物学方法及代谢工程技术提高脂肽产量和挖掘新型脂肽靶向性的可能途径,为推进脂肽的生产和应用进程提供科学参考。     

解淀粉芽孢杆菌Q-426 Bacillomycin D的分离纯化及其抗肿瘤活性

环脂肽化合物因其独特的结构特点和生物活性在医药领域具有广泛的应用前景。本研究旨在从解淀粉芽孢杆菌Q-426发酵液中分离纯化获得高纯度的环脂肽单体,并对分离得到的环脂肽C-15 Bacillomycin D和C-16Bacillomycin D的抗肿瘤活性及机制进行初步研究。首先,联合使用酸沉淀和双树脂层析去除大量杂质,然后通过制备型HPLC分离得到纯度较高的两种环脂肽,经ESI-MS/MS对其进行结构鉴定,分别确定为C-15Bacillomycin D与C-16 Bacillomycin D。其次,将两种环脂肽单体及其1:1混合液(摩尔比)按不同浓度梯度作用于人癌细胞(Hela、MG、Hep-G2、HT-29),结果表明环脂肽对Hela与MG细胞增殖的抑制作用呈浓度依赖性,长链环脂肽的抑制率较短链环脂肽略高。最后,采用细胞划痕实验和PI染色法考察了C-16 Bacillomycin对细胞侵袭与迁移能力、细胞凋亡和周期的影响,结果显示,C-16 Bacillomycin D可有效影响细胞的迁移能力,诱导细胞凋亡呈浓度依赖性,且阻滞细胞G_0G_1期。     

芽孢杆菌几种重要抗菌脂肽研究进展

多种芽孢杆菌为益生菌,能分泌多种天然抗菌活性物质,其中脂肽是重要的一类。目前已鉴定的脂肽约有90多种,多数为环脂肽。脂肽中表面活性素(surfactin)、伊枯草菌素(iturin)、芬原素(fengycin)、杆菌霉素(bacillomycin)、多粘菌素(polymyxins)等是研究最广泛的脂肽。其中surfactin、iturin、fengycin由于其具有表面活性剂特性及抗真菌、抗细菌、抗病毒、抗肿瘤、抗炎症等功能,应用潜力巨大。本文对surfactin、iturin及fengycin的结构、功能、合成调控及其分离纯化和生产等方面的研究进展进行了评述。合成生物学是提高脂肽产量的重要手段,未来脂肽可用于种植业、养殖业、食品、医药、石油工业和环保等领域,因此需要在新型脂肽的发现、高产活性脂肽的生产、脂肽低廉生产技术的研发及安全性的评估等方面加强研究。     

假单胞菌合成环脂肽转录调控的研究进展

假单胞菌所合成的环脂肽是一类由环状的寡肽连接一个脂肪酸链组成的两亲性分子,利用巯基化模块由非核糖体肽合成酶合成。环脂肽的生物合成受到严格、复杂的调控,GacS/GacA双组分系统和群体感应系统是其中两类重要的调控系统。本文总结假单胞菌合成环脂肽的调控机制及相关调控因子;对基于PCR的高通量分子筛选方法获取特定环脂肽进行分析,同时对基于调控机制的遗传改造提高假单胞菌产环脂肽的能力和获取更多新型环脂肽等方面的应用进行 展望。     

Surfactin的生产及在石油工业的应用研究进展

表面活性素(surfactin)是由枯草芽孢杆菌代谢产生的环脂肽类生物表面活性剂。Surfactin具有卓越的表/界面活性,在石油化工、生物医疗、农业和食品工业等领域具有良好的应用前景,被认为是最具潜力的生物表面活性剂之一。但高昂的生产成本以及使用成本限制了surfactin的规模化应用。本文中,笔者对surfactin的发酵生产研究及其在石油化工领域中的应用研究进行综述,并对surfactin的发酵生产及应用研究前景进行展望。     

芬芥素类脂肽生物表面活性剂的结构性能与合成强化

脂肽类生物表面活性剂由亲水的寡肽和疏水的长链脂肪酸两部分组成,根据其结构特征,可将其分为环状脂肽和线性脂肽两大类。芽孢杆菌合成的环状脂肽主要包含芬芥素、表面活性素和伊枯草菌素三大家族,其中芬芥素表现出显著的抑菌活性,在植物病虫害防治方面具有良好的应用前景。综述了芬芥素的基本结构、合成机理、抑菌性能以及生物合成强化的研究进展,旨在为芬芥素的合成与应用研究提供参考。     

芽胞杆菌产生的脂肽类抗生素的结构和应用

脂肽类抗生素不仅对细菌、真菌有抗菌作用,而且对支原体、寄生虫和病毒等也具有显著的抑制作用。其主要包括表面活性素(Surfactins)、伊枯草菌素(Iturins)和芬芥素(Fengycins),其中Iturins和Fengycins有抗真菌活性,Surfactins有抗支原体、抗病毒等活性。综述了芽胞杆菌产生的脂肽类抗生素的结构、功能和应用,为其在农业和医药的研究与应用提供参考。     

脂肽类生物表面活性剂的研究进展

脂肽是由微生物代谢产生的一类具有很强表面活性的生物表面活性剂 ,在医药、食品、化妆品和微生物采油等方面有良好的应用潜力。本文对脂肽的生产、分离、鉴定及应用方面进行了综述     

蝎Na^＋通常毒素的结构及功能研究进展

蝎Na^ 通道毒素为低分子量肽类物质,由60－76个氨基酸残基组成,含有4对二硫键。这类分子为电压门控Na^ 通道功能门控机制的高亲和性配体,具有重要的理论价值和应用前景。本文对Na^ 通道毒素的初级和高级结构、药理学特性及功能解剖等方面的结果进行了综述。     

微生物脂肽的结构

根据结构特征,将脂肽分为环状脂肽和线形脂肽;按脂肪酸链和肽链的连接方式不同,进一步将环状脂肽分为3类。在此基础上,对脂肽的产生菌和脂肽结构进行了综述,并对脂肽的活性、作用机理及其应用进行了展望。     

生防绿针假单胞菌HT66中脂肽的鉴定与功能

【目的】脂肽(Lipopeptide,LP)是微生物合成的一类重要的生物表面活性剂,不仅影响细菌的生物学功能,还对多种植物和人类病原菌具有广谱的拮抗作用。然而至今未见绿针假单胞菌(Pseudomonas chlororaphis)中脂肽产物的报道。【方法】通过生物信息学手段预测绿针假单胞菌HT66中脂肽的氨基酸组成及顺序,构建脂肽合成基因缺失突变株HT66Δclp,根据突变株缺失代谢产物的UPLC/QTOF-MS信息验证预测结果,并研究了脂肽对该菌株的生长、吩嗪-1-甲酰胺(PCN)合成、生物膜形成和群集运动性的影响。【结果】预测菌株HT66的脂肽氨基酸顺序为L-Leu–D-Glu–D-allo-Thr–D-Val–L-Leu–D-Ser–L-Leu–D-Ser–L-Ile,通过比对野生型和突变株代谢产物的质谱信息确定该产物为黏液菌素(Viscosin);脂肽合成基因缺失后,菌株HT66的生长无明显变化,但其PCN合成、生物膜形成和群集运动性均有不同程度地下降。【结论】菌株HT66的脂肽产物为黏液菌素,对菌株的代谢、生物膜形成和运动性等生物学功能具有重要的调控作用。研究报道了绿针假单胞菌中一种脂肽分子的结构与功能,为研究其合成和调控机制及开发和应用奠定了基础。     

蝎Na+通道毒素的结构及功能研究进展

蝎Na+通道毒素为低分子量肽类物质,由60～76个氨基酸残基组成,含有4对二硫键.这类分子为电压门控Na+通道功能门控机制的高亲和性配体,具有重要的理论价值和应用前景.本文对Na+通道毒素的初级和高级结构、药理学特性及功能解剖等方面的研究结果进行了综述.     

放线菌环二肽类活性天然产物生物合成研究进展

环二肽(cyclodipeptide,CDP)是一类由2个α-氨基酸缩合而成的最小环肽分子,也可称为二酮哌嗪类化合物(diketopiperazines,DKPs)。CDP具有稳定的DKP环状骨架结构,活性广泛而显著,药用前景良好,发掘意义重大。放线菌是重要的CDP生产菌,同时具有非核糖体肽合成酶(nonribosomal peptide synthetase, NRPS)与环二肽合酶(cyclodipeptide synthase, CDPS)两种DKP骨架合成催化酶,并从中发现多种骨架结构修饰酶,研究开发价值巨大。本文系统介绍了放线菌CDP类活性化合物的DKP骨架合成途径及其结构修饰机制两方面的研究工作,以期为新型CDP类天然产物的发掘、新颖CDP分子生物合成机制的阐明及合成生物学设计与应用等领域的研究与实践提供参考。     

芽孢杆菌(Bacillus sp.)脂肽抗生素发酵工艺及分离纯化

微生物脂肽具有抗菌谱广、热稳定性高、低毒、低抗药性等优点,近年来受到国内外广泛关注。综述了芽孢杆菌脂肽抗生素的发酵和分离纯化工艺的最新研究进展。在发酵工艺中,培养基营养组成、发酵温度、搅拌转速和通气量等参数对脂肽的产量至关重要,碳源、氮源和金属离子的组成与配比都会影响芽孢杆菌的生长与产物的合成,适当控制搅拌转速和通气量可提高脂肽产量。此外,近年来一些新型发酵工艺,如泡沫回流、固定化细胞、无泡发酵、固态发酵等被用于脂肽生产,通过改进发酵方式,在降低成本的同时提高了脂肽抗生素产量。抗菌脂肽分离纯化的主要方法包括超滤、吸附、泡沫分离及色谱法等,这些方法相对于传统的酸沉和萃取,具有可连续生产、脂肽提取量高及成本低等优点。同时,多种纯化方法的组合应用大幅度提高了抗菌脂肽的提取效果,有效降低了成本,是脂肽抗生素分离提取的发展方向。     

达托霉素生产工艺及其衍生物组合生物合成

作为首个进入临床应用的环脂肽类抗生素,达托霉素自2003年上市以来,适应症不断增加,市场前景良好。达托霉素的制备工艺与结构修饰,已经成为了近年抗感染用药研发的一个热点。追溯了达托霉素的发现历程,生产工艺沿革。重点介绍了达托霉素的发酵工艺,合成基因簇研究进展,以及组合生物技术在达托霉素结构修饰中的应用。     

有效分离1kDa分子量环脂肽的电泳方法

目的：建立一种有效分离1kDa分子量环脂肽的电泳方法。方法：针对1kDa分子量环脂肽的特点,对凝胶的组分和比例、凝胶的聚合速度等电泳条件进行了优化。结果：改进凝胶组分和比例,使得浓缩胶为7％T、3％C,夹层胶为12％T、3％C,致密胶为16．5％T、6％C;并在胶中加入尿素和甘油;同时加大APS的量使聚合速度加快。由此得到的环脂肽电泳条带清晰、平稳、紧凑,显示分子量为1．05kDa,与质谱结果吻合。结论：新建立的Tricine—SDS—PAGE是一种有效的分离1kDa分子量环脂肽的电泳方法。