海洋曲霉来源的新天然产物

海洋真菌由于其遗传背景复杂、代谢产物种类多且产量高,已成为海洋微生物新天然产物的主要来源,从我们对2010–2013年初的海洋微生物来源新天然产物的统计来看,研究最多的是曲霉属(Aspergillus)真菌,占海洋真菌来源新天然产物的31%。本文从菌株来源、化合物结构及其生物活性等方面,综述了自1992年第一个海洋曲霉天然产物到2014年8月已报道的共512个海洋曲霉来源的新天然产物。这些海洋天然产物具有丰富的化学多样性,且36%的化合物表现出细胞毒、抑菌、抗氧化和抗寄生虫等生物活性;含氮化合物是其主要的结构类型、约占曲霉源海洋天然产物总数的52%,也是出现活性化合物比例最高的结构类型、约40%的含氮化合物具有生物活性,其中脱氢二酮哌嗪生物碱halimide的化学衍生物plinabulin已结束II期临床研究,并于2015年第三季度开始在美国和中国进行III期临床研究,用于治疗转移性的晚期非小细胞肺癌。     

基因组挖掘技术在海洋放线菌天然产物研究开发中的应用及展望

利用微生物的基因组信息预测其合成特定天然产物的潜能, 进而进行新化合物分离纯化和结构鉴定的基因组挖掘技术, 已经成为国内外研究的热点, 并在多种细菌和真菌的天然产物发现中得到成功应用。本文综述了基因组挖掘技术的最新进展, 包括生物信息分析和结构预测、基因组指导的天然产物的发现、沉默基因的激活和异源表达技术等, 以及我国学者开发的转录组挖掘技术, 并重点综述了影像质谱技术在基因组挖掘中的应用。目前对海洋放线菌进行基因组挖掘的研究还比较少, 而基因组挖掘技术的发展, 将极大地促进对海洋放线菌天然产物的发现和鉴定。未来除了充分挖掘可培养微生物的基因组, 对未培养微生物宏基因组的挖掘将进一步深入。此外, 除了开发利用基因组中合成天然产物的结构基因和调节基因, 还应该充分开发利用其他不同的遗传元件, 包括不同转录活性和响应不同环境条件和信号的启动子, 以及具有调节作用的RNA等。     

戊二酰亚胺类天然产物生物合成研究进展

微生物天然产物是天然药物的重要组成部分,而天然产物的良好生物活性很大程度上取决于发挥药效的结构基团.这些特殊药效基团的生物合成,通常是利用小分子羧酸、氨基酸等结构简单的初级代谢产物,经过复杂的生物化学过程,最终合成结构复杂活性多样的天然产物.戊二酰亚胺类天然产物是一类重要的细菌来源天然产物,它们具有良好的生物活性,是潜...     

海洋真菌菌核青霉FS50固体发酵代谢产物

采用硅胶柱、反相硅胶柱、凝胶柱、薄层制备和HPLC等色谱技术对1株分离自南海沉积物的海洋真菌菌核青霉Penicillium sclerotiorum FS50的大米发酵提取物进行分离纯化,从中分离得到7个化合物。通过波谱数据分析,化合物1-7分别被鉴定为:6,8‐dihydroxyisocoumarin‐3‐butyl formate(1),6,8‐dihydroxyisocoumarin‐3‐carboxylic acid(2),6‐methoxy‐8‐hydroxyisocoumarin‐3‐carboxylic acid(3),(+)‐sclerotiorin(4),4‐methyl‐5,6‐dihydropyren‐2‐one(5),5‐羟甲基糠醛(6),胡萝卜甙(7)。化合物1为新化合物,化合物2,3,6为首次从青霉属中分离得到。     

海洋来源真菌Aspergillus sp.SCSIO 81-F2抗菌活性次级代谢产物的研究

采用抑菌活性追踪的方法,利用硅胶柱色谱和半制备反相高效液相色谱法对一株南海海洋来源真菌SCSIO 81-F2的发酵产物进行分离,纯化获得3个单体化合物,通过理化性质、MS、NMR及X-单晶衍射分析,分别鉴定为xanthocillin X dimethylether(1)、xanthocillin X monomethylether(2)、6',8'-dimethoxy xanthocillin X dimethylether(3)。经18S r DNA序列分析并构建系统发育进化树,鉴定该菌株为曲霉属真菌Aspergillus sp.SCSIO 81-F2。海洋曲霉菌Aspergillus sp.SCSIO 81-F2是一个能产生具有抗菌活性xanthocillin类抗生素的新来源。     

石磺来源海洋链霉菌Streptomyces ardesiacus SCSIO LO23中germicidin类化合物的分离鉴定及其生物合成分析

海洋共附生放线菌具有生产结构特殊和活性显著化合物的潜力。【目的】以海洋软体动物石磺Onchidium sp.来源共附生海洋链霉菌Streptomyces ardesiacus SCSIO LO23为研究对象,分离并鉴定其次级代谢产物结构,分析化合物的生物合成基因簇及其生物合成途径。【方法】采用多种培养基对该菌株进行发酵优化并放大发酵,利用多种柱色谱方法分离得到germicidin类化合物,并利用波谱学手段和X-Ray单晶衍射技术完成化合物的结构鉴定;利用Illumina HiSeq对目标菌株进行全基因组测序,结合antiSMASH和BLAST在线分析软件实现菌株中germicidin类化合物生物合成基因功能注释和生物合成途径分析,并通过异源表达进一步确定其生物合成基因。【结果】从AM3培养基发酵产物中分离鉴定了6个吡喃酮类化合物germicidinA(1)、germicidinB(2)、germicidin D (3)、germicidin H (4)、isogermicidin A (5)和isogermicidin B (6),其中化合物2和6对斑马鱼神经行为有显著兴奋作用。通过对...     

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Streptomyces sp.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 Man...     

海洋真菌帚状弯孢聚壳FS26代谢产物的分离鉴定与抗肿瘤活性研究

采用硅胶柱、反相硅胶柱和凝胶柱等色谱技术和重结晶进行分离纯化,从一株分离自南海沉积物的海洋真菌帚状弯孢聚壳Eutypella scoparia的液体发酵提取物中分离得到6个化合物。通过分析波谱数据和与文献比对,化合物1－6分别被鉴定为：(3S,3aR,7aS)-3a,4,5,7a-tetrahydro-3,6-dimethylbenzofuran-2(3H)-one (1),rel-(3S,6S,7R,10R)-7,10-epoxy-3,7,11- trimethyldodec-1-ene-3,6,11-triol (2),euphorbol (3),tuberoside (4),phenochalasin B (5),尿嘧啶(6)。生物活性测试结果显示细胞松弛素类化合物5对MCF-7、NCI-H460和SF-268三种肿瘤细胞株均具有显著的抗肿瘤活性,其IC50分别为0.022μmol/L、0.073μmol/L和0.059μmol/L。     

蜜环菌属真菌CPCC 400891中倍半萜合成酶多样性与功能研究

本论文以蜜环菌属（Armillaria mellea）真菌CPCC 400891为研究对象，基因组挖掘分析发现该菌株基因组中含有18个倍半萜合成酶编码基因，但其功能却鲜有报道。采用色氨酸营养缺陷型表达载体pYET，并以酿酒酵母（Saccharomyces cerevisiae）BJ5464为宿主菌分别表达蜜环菌来源的18个倍半萜合成酶编码基因（Arm_STS1-Arm_STS16）。结合气相色谱-质谱联用仪（gas chromatography-mass spectrometer，GC-MS）分析平台，对构建的重组菌（BJ-Arm_STS1-BJ-Arm_STS16）发酵产物进行采集分析。结果显示，蜜环菌CPCC 400891来源的12个倍半萜合成酶归属于新的类群：亚家族Ⅳ。同时，10个倍半萜合成酶在酿酒酵母中确定表达。根据美国国家标准与技术研究院（NIST）的标准参考数据库（https：//webbook.nist.gov/）检索比对，共鉴定17个倍半萜（醇）分子，包括α-雪松烯、β-雪松烯、罗汉柏烯、杜松萜烯、β-花柏烯和毕橙茄醇等。GC-MS检测分析发现，亚家族Ⅳ类群倍半萜合成酶均能合成多个（种）倍半萜分子。综上所述，本研究为后续改造并优化特定倍半萜合成酶，从而为深入开展STSs的催化机制研究奠定基础，也为从蘑菇类大型真菌中发现更多新颖的倍半萜合成酶提供依据和思考。     

化学诱导对一株海洋来源土曲霉C23-3次生代谢产物及其生物活性的影响

【背景】海洋微生物是药理活性先导化合物的重要源泉,而化学诱导是深入挖掘其次生代谢潜力的一种便捷手段。【目的】以一株海洋来源土曲霉C23-3为出发菌株,筛选出可促进其产生更丰富代谢产物(包括丁内酯类化合物)的发酵条件,进一步开发菌株在抗阿尔茨海默症方面的潜力。【方法】分别选用海水马铃薯培养基、麦芽浸膏培养基、大米培养基和大豆培养基4种基础培养基,利用丁酸钠、辛二酰苯胺异羟肟酸(Suberoylanilidehydroxamicacid,SAHA)、5-氮杂胞嘧啶核苷(5-azacytidine,5-azaC)、盐酸普鲁卡因(Procaine hydrochloride)、ZnCl_2和CuCl_2共6种化学诱导剂对土曲霉C23-3进行微量的诱导培养。观察该菌菌丝体形态变化,并根据薄层层析(Thin-layerchromatography,TLC)指纹图谱、化学显色及生物活性自显影结果初筛出代谢产物丰富且乙酰胆碱酯酶抑制活性与抗氧化活性产物丰富的诱导条件,并进行进一步常量发酵。采用上述手段及高效液相色谱-二极管阵列检测器(High performance liquid chromatography-Diode array detector,HPLC-DAD)分析常量发酵代谢产物的总体多样性及丁内酯类化合物的多样性。【结果】发现CuCl_2、ZnCl_2、SAHA和5-azaC可引起土曲霉C23-3菌丝体生长形态显著变化,海水马铃薯培养基+100μmol/L丁酸钠等6种诱导条件在微量培养初筛及常量发酵复筛中均可使该菌株产生多样化的活性代谢产物,其丁内酯类代谢产物也具有一定差异性。【结论】化学诱导手段可促使土曲霉C23-3产生丰富且新颖的活性代谢产物,为多样化的抗阿尔茨海默症天然产物的发现奠定了基础。     

球孢白僵菌Hog1 MAPK同源基因BbHog1的克隆及特征分析

根据几种丝状真菌Hog1 MAPK的保守氨基酸序列设计简并引物,从昆虫病原真菌球孢白僵菌中扩增出MAPK同源基因的部分片段,然后利用YADE法延伸该片段的上、下游邻接序列,获得MAPK编码基因的全长序列,命名为BbHog1。序列分析表明,该基因编码358个氨基酸的多肽,推测分子量为40.99kDa,等电点为5.49。BbHog1含有MAPK保守的蛋白激酶激活域(TGY),序列与粗糙脉孢霉os-2(AF297032)、烟曲霉OSM1(XM_747571)、隐球酵母HOG1(AF243531)和酿酒酵母Hog1(Z73285)等Hog1 MAPK高度同源,相似性分别为94%、89%、83%和80%。系统聚类结果表明,BbHog1与酵母Hog1 MAPK同源。Southern杂交表明,BbHog1在球孢白僵菌基因组中以单拷贝形式存在。Northern分析表明,BbHog1在高渗、亚高温和营养胁迫等条件下的表达明显升高。由此推测,BbHog1基因可能与球孢白僵菌对逆境胁迫的适应性调节密切相关。     

球孢白僵菌Hog1 MAPK同源基因BbHog1的克隆及特征分析

根据几种丝状真菌Hog1 MAPK的保守氨基酸序列设计简并引物,从昆虫病原真菌球孢白僵菌中扩增出MAPK同源基因的部分片段,然后利用YADE法延伸该片段的上、下游邻接序列,获得MAPK编码基因的全长序列,命名为BbHog1。序列分析表明,该基因编码358个氨基酸的多肽,推测分子量为40.99kDa,等电点为5.49。BbHog1含有MAPK保守的蛋白激酶激活域(TGY),序列与粗糙脉孢霉os-2(AF297032)、烟曲霉OSM1(XM_747571)、隐球酵母HOG1(AF243531)和酿酒酵母Hog1(Z73285)等Hog1 MAPK高度同源,相似性分别为94%、89%、83%和80%。系统聚类结果表明,BbHog1与酵母Hog1 MAPK同源。Southern杂交表明,BbHog1在球孢白僵菌基因组中以单拷贝形式存在。Northern分析表明,BbHog1在高渗、亚高温和营养胁迫等条件下的表达明显升高。由此推测,BbHog1基因可能与球孢白僵菌对逆境胁迫的适应性调节密切相关。     

Red/ET同源重组技术及其在微生物基因组挖掘中的应用进展

Red/ET同源重组技术(Red/ET recombineering)是由来源于大肠杆菌λ噬菌体的蛋白对Redα/Redβ或来源于Rac原噬菌体的蛋白对Rec E/Rec T所介导的基于短同源臂(40–50 bp)的同源重组技术,能对宿主DNA序列进行快速、高效、精确的修饰和操作。本文主要综述了2010年以来Red/ET同源重组技术在大肠杆菌及其他细菌中的研究进展,同时简要介绍了该技术在微生物基因组挖掘,尤其是在微生物基因簇的异源表达领域的应用进展。     

Biosynthesis and characterization of poly(3-hydroxybutyrate-co-3-hydroxyvalerate) produced by Burkholderia cepacia D1

Copolyesters of 3-hydroxybutyrate (3HB) and 3-hydroxyvalerate (3HV) were produced by Burkholderia cepacia D1 at 30°C in nitrogen-free culture solutions containing n-butyric acid and/or n-valeric acid. When n-valeric acid was used as the sole carbon source, the 3HV fraction in copolyester increased from 36 to 90 mol% as the concentration of n-valeric acid in the culture solution increased from 1 to 20 g/l. The addition of n-butyric acid to the culture solution resulted in a decrease in the 3HV fraction in copolyester. The copolymers biosynthesized by this method were mixtures of random copolymers having a wide variety of composition of the 3HV component. The melting points of the fractionated copolymers show a concave curve with the minimum at the 3HV content of ≈40 mol%. The a-parameter of lattice indices of the P(3HB) crystal for the fractionated copolymers largely increased as the 3HV composition increased. Biodegradability of the copolymer increased with the lower content of 3HV composition and/or the lower crystallinity.     

一株猪葡萄球菌的分离鉴定、生物学特性研究及全基因组测序分析

【背景】2021年6月,广东省茂名市某散养户送检了一头发病仔猪,猪身上长有脓疱,四肢关节肿大,关节内可见脓液。【目的】确定引起仔猪发病的病原菌,分析其药物敏感性,为临床用药提供指导;对分离菌株进行全基因组序列分析,挖掘其毒力因子和耐药基因,揭示该菌致病和耐药的分子机制。【方法】取关节脓液分离细菌;通过革兰氏染色、16S rRNA基因和全基因组测序分析,鉴定细菌种类;通过溶血试验、血浆凝固酶试验和生长曲线测定,确定分离菌株的溶血活性、血浆凝固酶活性和生长特性;用小鼠感染模型评估分离菌株的致病性;用纸片扩散法测定分离菌株的药物敏感性;通过全基因组序列分析挖掘分离菌株的毒力因子和耐药基因。【结果】分离菌株被鉴定为猪葡萄球菌(Staphylococcus hyicus);该菌不溶血,无血浆凝固酶活性,在胰蛋白胨大豆肉汤培养基中于37℃、120r/min条件下生长良好;小鼠感染试验结果显示,该菌具有高致病性;药敏试验结果显示,该菌对苯唑西林、大观霉素等7种药物敏感,对青霉素G、红霉素等9种药物耐药;全基因组序列分析结果显示,该菌携带多个毒力因子和耐药基因。【结论】从发病仔猪的关节脓液中分离到一株猪葡萄球菌,可用苯唑西林、大观霉素等药物防控该菌感染;解析了该菌的基因组信息,为后续深入研究该菌致病和耐药的分子机制奠定了基础。     

Discovery and characterization of a thermostable d-lactate dehydrogenase from Lactobacillus jensenii through genome mining

The demand on thermostable d-lactate dehydrogenases (d-LDH) has been increased for d-lactic acid production but thermostable d-DLHs with industrially applicable activity were not much explored. To identify a thermostable d-LDH, three d-LDHs from different Lactobacillus jensenii strains were screened by genome mining and then expressed in Escherichia coli. One of the three d-LDHs (d-LDH3) exhibited higher optimal reaction temperature (50 °C) than the others. The T₅₀¹⁰ value of this thermostable d-LDH3 was 48.3 °C, much higher than the T₅₀¹⁰ values of the others (42.7 and 42.9 °C) and that of a commercial d-lactate dehydrogenase (41.2 °C). The T_m values were 48.6, 45.7 and 55.7 °C for the three d-LDHs, respectively. In addition, kinetic parameter (k_cat/K_m) of d-LDH3 for pyruvate reduction was estimated to be almost 150 times higher than that for lactate oxidation at pH 8.0 and 25 °C, implying that d-lactate production from pyruvate is highly favored. These superior thermal and kinetic features would make the d-LDH3 characterized in this study a good candidate for the microbial production of d-lactate at high temperature from glucose if it is genetically introduced to lactate producing microbial.     

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。     

虎杖叶绿体基因组结构与变异分析

虎杖(Reynoutria japonica Houtt.)为蓼科(Polygonaceae)蓼族(Polygoneae)虎杖属(Reynoutria Houtt.)植物,是一种传统的中草药,具有利湿退黄、清热解毒、散瘀止痛、止咳化痰的功效。本研究采取高通量测序技术获得5个虎杖品种的叶绿体全基因组序列,并与NCBI已公布的蓼族何首乌(Fallopia multiflora)和金线草(Antenoron filiforme)等植物的叶绿体全基因组序列进行了基因组学和系统发育分析。通过基因组学分析发现,5种虎杖的叶绿体基因组大小有163 376 bp和163 371 bp两种情况,并呈现出典型的环状四分体结构,85 784 bp的一条较长的单拷贝区(large single-copy region,LSC),18 616 bp的一条较短的单拷贝区(small single-copy region,SSC),还有两条长度一致的反向重复区,分别为IRa区和IRb区相间隔分布。通过注释得到161个基因,其中蛋白编码基因106个,rRNA编码基因10个,tRNA编码基因45个。总GC含量为36.7%,其中LSC、SSC和IR区域的GC含量分别为34.8%、30.7%和42.7%。对比不同虎杖品种叶绿体的全基因组分析发现,trnk-UUU、rpoC1、petD、rpl16、ndhA、rpl12基因的编码区发生了变异。系统发育分析显示,虎杖5个品种聚为一枝,处在已知11种蓼族材料最原始的位置,与何首乌构成姐妹群。     

珊瑚来源真菌Parengyodontium album SCSIO SX7W11中聚酮化合物的发现及其生物合成途径分析

海洋来源真菌的天然产物因其独特的结构与生物学活性而备受关注,而利用基因组信息对其代谢产物进行深入挖掘也成为研究策略之一。[目的] 本文以一株南海珊瑚来源的真菌Parengyodontium album SCSIO SX7W11为目标菌株,挖掘其生产聚酮类化合物的潜能。[方法] 本研究利用Illumina Miseq技术对SX7W11菌株进行全基因组扫描测序,运用生物信息学手段对其基因组的生物合成基因簇进行预测和基因功能注释,挖掘可能产生新颖聚酮化合物的基因簇。对SX7W11进行放大发酵后,利用正相色谱、中压反相色谱、Sephadex LH-20凝胶色谱、HPLC半制备等分离手段分离纯化出单体化合物。再利用高分辨质谱（HR-ESI-MS）、¹H NMR、¹³C NMR、X-ray单晶衍射等波谱手段确定化合物的结构,并根据生物合成基因簇对化合物的生物合成途径进行推导。[结果] 全基因组扫描测序结果显示,P.album SCSIO SX7W11基因组大小为34.0 Mb,含有24个生物合成基因簇,包括6个聚酮合酶基因簇以及3个萜烯合酶基因簇。从发酵产物中分离鉴定到3个聚酮类化合物：emodin（1）、alternaphenol B（2）和sydowinin A（3）,其中化合物3获得了单晶结构数据。通过生物信息学方法从菌株基因组中定位到了sydowinin A的生物合成基因簇。结合文献对emodin（1）、alternaphenol B（2）和sydowinin A（3）的生物合成途径进行了分析。[结论] 本研究通过基因组挖掘及培养基优化,发现1株珊瑚来源的真菌P.album SCSIO SX7W11具有生产sydowinins类聚酮类化合物的能力,为该类化合物生物合成机制深入研究奠定了基础。