途径特异性调控因子介导的链霉菌来源天然产物的产量提升

链霉菌是活性天然产物的重要来源.基因组学研究揭示了链霉菌有巨大的生物合成潜力,平均每株菌拥有20-40个生物合成基因簇.在常规的实验室条件下,大多数链霉菌来源的天然产物产量较低,影响了对其进一步研究和产业化开发.由于链霉菌中天然产物的生物合成受到严格的调控,对于这些调控因子和调控网络的深入研究将有力地促进链霉菌来源的天...     

链霉菌底盘细胞的开发现状及其应用

天然产物及其衍生物在现代医疗中扮演着举足轻重的角色,其生物活性多样性以及化学结构的丰富性是新药研发的源泉和动力。利用纯化学方法合成天然产物在技术和成本上有很大的困难,加上许多天然产物的原始产生菌具有培养条件苛刻、产量低下等缺点,而且大量基因簇在原始菌株中是沉默的,这使得利用合成生物学思想来指导天然产物生物合成基因簇的异源表达具有重大意义。作为抗生素、抗肿瘤活性物质、免疫抑制剂等次级代谢产物主要来源的放线菌一直是研究者们关注的焦点,特别是随着基因测序技术的飞速发展,人们发现链霉菌基因组中包含着极为丰富的天然产物生物合成基因簇资源。这意味着开发链霉菌底盘细胞作为异源表达宿主有其得天独厚的优势。本综述从底盘细胞开发的意义入手,重点阐述链霉菌底盘细胞构建的策略及现状,随后通过实例阐述了各种底盘链霉菌的实际应用。     

链霉菌FIM-080014产生的核苷类代谢产物研究

本文采用大孔吸附树脂、硅胶柱色谱、反相柱色谱、凝胶sephadex LH-20及HPLC等方法对链霉菌FIM-080014发酵液及菌丝体中的代谢产物进行分离,得到7个核苷类化合物。通过NMR及MS等方法鉴定了上述化合物的结构,分别为尿嘧啶(1)、尿嘧啶核苷(2)、2'-脱氧尿嘧啶核苷(3)、5'-C-甲基尿嘧啶核苷(4)、2'-脱氧胸腺嘧啶核苷(5)、2'-脱氧鸟嘌呤核苷(6)和次黄嘌呤(7),其中化合物4首次从微生物代谢产物中分离得到。活性分析表明化合物1～7对神经氨酸酶具有一定的抑制活性,其IC50值分别为3.7、2.1、4.4、1.4、3.6、2.5和2.4 mM。     

海洋链霉菌次级代谢产物研究进展

链霉菌作为最高等的放线菌,广泛分布于多种生态环境中,具有复杂而独特的形态分化周期和强大的次级代谢能力。链霉菌的次级代谢产物具有抗感染、抗肿瘤、抗炎抗氧化、免疫调节等生物活性,是天然活性产物的主要来源之一。近年来随着对海洋资源的开发,许多新型的海洋链霉菌及其丰富的次级代谢产物被发现。从海洋链霉菌的生物活性物质、育种和发酵培养3个方面综述了海洋链霉菌次级代谢产物的研究进展,以期为缩短海洋链霉菌的发酵周期,提高次级代谢产物产量活性以及开发新型的海洋药物等提供参考和借鉴。     

链霉菌最新研究进展

链霉菌(streptomycetes)因其产生的抗生素广泛应用于医疗与制药领域而闻名,是放线菌门中最为庞大且极富物种多样性的分支。链霉菌经过多年来系统且深入的研究,在系统分类学、多样性以及天然产物资源勘探等领域都取得了巨大进展。本文综述了链霉菌3个主要方向的研究近况,阐述了目前研究面临的机遇与挑战,并对未来的研究工作进行了展望。     

链霉菌次级代谢产物高产菌株的构建策略

随着基因测序技术的发展,人类获得了大量有关链霉菌次级代谢产物合成基因簇的信息,通过合理的构建策略可以激活其中的隐性基因簇或提高基因簇的表达水平,从而获得新的链霉菌次级代谢产物,或显著提高已知次级代谢产物的发酵水平。从基因表达调控、转座子突变、合成生物学方法、组学方法等四个方面,综述了提高链霉菌次级代谢产物产量的构建策略及其研究进展。     

链霉菌启动子及其应用研究进展

链霉菌天然产物因其显著的生物活性一直是新药开发的重要来源,测序技术的发展揭示了链霉菌强大的生物合成潜力。链霉菌中多数次级代谢生物合成基因簇(biosynthetic geneclusters,BGCs)在常规实验条件下表达水平低甚至不表达,这使得相关天然产物的开发受到阻碍。原位激活和异源表达是挖掘链霉菌天然产物的有效方式,启动子作为基因表达的“开关”,在其中发挥着重要作用。因此对启动子的研究可以有效地促进BGCs的激活,从而挖掘新天然产物。本文重点阐述了链霉菌启动子的结构特征及其挖掘表征和设计构建的思路,并列举了链霉菌启动子在天然产物开发中的应用,有望为链霉菌生物合成路径的优化以及全新生物活性物质的发现提供思路和方法学参考。     

链霉菌YIM-34121液体发酵产物的化学成分研究

对链霉菌(Streptomycessp.)YIM-34121的液体发酵产物进行化学成分的研究,从中分离得到4个化合物。根据光谱数据分析,鉴定其结构分别为正三十四烷醇(1),Huperzine A(2),4-甲基-2,6-二羟基苯甲醛(3),尿嘧啶(4)。其中,化合物2是具有潜在治疗阿尔茨海默病的药物。     

非定向激活沉默基因簇挖掘链霉菌活性次级代谢产物研究进展

链霉菌(Streptomyces spp.)是活性次级代谢产物的主要生产菌,在发现结构新颖化合物上具有重大潜力。随着对链霉菌基因组数据的深入分析,发现大量产次级代谢产物合成基因簇处于沉默状态,因此利用非定向和定向策略激活链霉菌中沉默基因簇、挖掘结构新颖化合物成为当前的主要手段。本文主要综述了培养基组成改变或培养条件优化、共培养、添加化学激发子及全局性调控等非定向策略在挖掘链霉菌次级代谢产物中的应用以及取得的进展,以期为链霉菌次级代谢产物高效开发提供参考。     

一株链霉菌产生的抗肿瘤活性产物

本文通过硅胶柱层析和半制备HPLC对放线菌HCCB11431的代谢产物进行了分离纯化,得到了2个新化合物和4个已知的化合物,经IR、MS和NMR等波谱数据鉴定出结构,分别为:3-(3-acetoxy-4-methoxy-5-methylphenyl)-2-aminopropanoic acid(1)、3-(3-acetoxy-4-hydroxyl-5-methyphenyl)-2-aminopropanoic acid(2)、2'-dexoyadenosine(3)、Cytidine(4)、Uridine(5)、2'-deoxycytidine(6),其中化合物1和2为新化合物。细胞毒活性表明,化合物1~6对不同的肿瘤细胞都有一定的抑制作用,其中化合物2~4对三种肿瘤细胞均有较高的抑制作用,对MCF-7的抑制作用较明显,IC50分别为7.9、10.1、9.5μg/mL。     

构建冻干无细胞生物传感器快速检测临床铜绿假单胞菌感染北大核心

【目的】铜绿假单胞菌(Pseudomonas aeruginosa)是常见于医院感染的条件致病革兰氏阴性细菌,其群体感应信号3-氧代十二烷酰基高丝氨酸内酯(3-oxo-dodecanoyl-homoserine lactone,3OC12-HSL)可作为铜绿假单胞菌感染的生物标志物。本研究期望开发针对3OC12-HSL的冻干无细胞生物传感器,以实现临床铜绿假单胞菌感染的快速诊断。【方法】首先构建报告质粒以重建3OC12-HSL的应答过程,而后将该质粒加入冻干无细胞表达系统中以实现生物传感器的制备;接着利用梯度浓度的3OC12-HSL表征该传感器的灵敏度与动力学特征,并测试其底物特异性;最后通过临床样本测试验证其效果,并优化临床样本的预处理方法。【结果】本研究构建的冻干无细胞生物传感器能够在60 min内实现对临床呼吸道样本中铜绿假单胞菌感染的诊断,具有高灵敏度和高特异性。【结论】本研究构建了针对3OC12-HSL的冻干无细胞生物传感器,并借助RNase抑制蛋白预表达的策略提升了其对体液样本的耐受性,最终证明其具备开发成临床铜绿假单胞菌感染的快速检测方法的潜力。     

Exploiting marine actinomycete biosynthetic pathways for drug discovery

Drug discovery relies on the generation of large numbers of structurally diverse compounds from which a potential candidate can be identified. To this end, actinomycetes have often been exploited because of their ability to biosynthesize an impressive array of novel metabolites particularly polyketides. The genetic organization of polyketide synthases (PKSs) makes them readily amenable to manipulation, and thus re-engineering artificial or hybrid PKSs to produce unnatural natural products is a reality. This review highlights two approaches we have used to generate novel polyketides by manipulating genes responsible for starter unit biosynthesis in the Streptomyces maritimus enterocin type II PKS. Our preliminary investigation into the biosynthesis of neomarinone, a rare marine actinomycete-derived meroterpenoid, is also presented.     

Preparation of template plasmids for cell-free protein synthesis using a regenerated anion-exchange column

In this report, we describe how reactions of cell-free protein synthesis can be successfully conducted using plasmids prepared with regenerated anion-exchange columns. When washed, stripped, and equilibrated with appropriated buffers, regenerated columns were able to be used repeatedly to prepare plasmids with consistent yield and purity. The regenerated columns exhibited comparable performance to a fresh column with respect to the efficiency of protein synthesis using the plasmids prepared from them. Overall, we expect that the presented results will contribute significantly to economizing the technology of cell-free protein synthesis as a practical method for protein production in preparative scales.     

羊毛硫肽SapB类多肽促进链霉菌形态分化作用的研究

【目的】链霉菌属于革兰氏阳性菌,以复杂的形态分化过程和强大的次级代谢产物合成能力为主要特征。链霉菌的形态分化与次级代谢产物的产生密切相关。Ⅲ型羊毛硫肽SapB能够促进天蓝色链霉菌气生菌丝体形成,暗示这类多肽可以作为靶标用于形态分化改造工程开发。本研究表征了SapB类多肽对多种链霉菌形态分化的影响,为该类多肽的工程化应用提供理论基础。【方法】生物信息学分析多个链霉菌基因组中SapB类多肽的生物合成基因簇,构建SapB类多肽的异源表达载体,利用接合转移方法导入不同链霉菌中进行异源表达,探究SapB类多肽对链霉菌形态分化的影响。【结果】SapB类多肽在不同程度上促进了多个链霉菌由营养菌丝向气生菌丝分化,表现为气生菌丝体数量的增多和分化速度的加快,缩短了链霉菌形态分化周期。【结论】SapB类多肽的过表达有助于缩短链霉菌形态分化周期,可用于针对链霉菌形态分化的工程改造。     

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...     

Identification of the novel bioactive peptides dRYamide-1 and dRYamide-2, ligands for a neuropeptide Y-like receptor in Drosophila

A number of bioactive peptides are involved in regulating a wide range of animal behaviors, including food consumption. Vertebrate neuropeptide Y (NPY) is a potent stimulator of appetitive behavior. Recently, Drosophila neuropeptide F (dNPF) and short NPF (sNPF), the Drosophila homologs of the vertebrate NPY, were identified to characterize the functions of NPFs in the feeding behaviors of this insect. Dm-NPFR1 and NPFR76F are the receptors for dNPF and sNPF, respectively; both receptors are G protein-coupled receptors (GPCRs). Another GPCR (CG5811; NepYR) was indentified in Drosophila as a neuropeptide Y-like receptor. Here, we identified 2 ligands of CG5811, dRYamide-1 and dRYamide-2. Both peptides are derived from the same precursor (CG40733) and have no significant structural similarities to known bioactive peptides. The C-terminal sequence RYamide of dRYamides is identical to that of NPY family peptides; on the other hand, dNPF and sNPF have C-terminal RFamide. When administered to blowflies, dRYamide-1 suppressed feeding motivation. We propose that dRYamides are related to the NPY family in vertebrates, similar to dNPF and sNPF.     

Efficient synthetic signal peptides for Streptomyces

A short synthetic signal peptide (SSSP) of 26 amino acid and a long one of 35 amino acids (LSSP), having an additional ribosome binding site (RBS), were synthesized. The SSSP sequence was based on the comparison of known efficient Streptomycessignal sequences. The SSSP and the LSSP were connected to the Streptomycessp. TO1 amylase gene (amyTO1) without its signal peptide. These constructions, when cloned into Streptomycessp. TO1 and placed under the control of the ermE-up promoter of Saccharopolyspora erythrea, increased the secretion of the amylase up to six-fold when compared to the natural amyTO1 signal peptide.     

一种适用于链霉菌异源合成基因簇同框缺失的高效方法

【背景】对抗生素生物合成途径的阐明有助于提高目标化合物的产量并开发具有更高活性的新化合物。基因的同框缺失是天然产物生物合成研究的常规手段,通过分析突变菌株积累的中间产物,可以帮助推导天然产物的合成途径及相关基因的功能。天然产物生物合成基因簇的大小一般在20 kb以上,对每个基因进行同框缺失耗时耗力,因此,优化链霉菌来源的基因同框缺失的方法有重要的意义。【目的】基于PCR-targeting重新设计了一套在链霉菌柯斯文库质粒上进行基因同框缺失的方法,实现链霉菌基因在大肠杆菌中快速、高效的基因同框缺失的技术体系。【方法】使用氨苄青霉素抗性基因bla作为PCR-targeting DNA片段的筛选标记,同时使用体外的Pac I酶切和酶连系统代替体内的Flp/FRT系统来介导同框缺失的构建。【结果】利用这种方法,在6 d内完成了米多霉素生物合成基因簇中14个基因的同框缺失。【结论】此方法与传统的PCR-targeting方法相比,构建同框缺失载体的效率明显提高;Pac I识别序列在链霉菌基因组上的稀有性使得此方法在构建抗生素生物合成基因簇必需基因的同框缺失载体上具有普适性。