线虫共生致病杆菌PacYellow的吲哚抗生素

【目的】研究特殊生境的微生物——嗜线虫致病杆菌(Xenorhabdus bovienii Pac Yellow)的次级代谢产物,为微生物药物或农用抗生素开发提供结构多样的化合物。【方法】通过16S r RNA基因比对鉴定菌株;利用薄层层析、硅胶柱层析、凝胶层析、液相制备等技术进行分离纯化;利用质谱、红外光谱与核磁共振等光谱技术鉴定化合物结构。【结果】Pac Yellow菌株被鉴定属于致病杆菌属bovienii种。从该菌株中分离纯化了4个单体化合物,它们的结构被鉴定为吲哚类衍生物,可能源于色氨酸与缬氨酸或异亮氨酸的缩合产物。【结论】从嗜线虫致病杆菌——Pac Yellow菌株中分离鉴定了4个吲哚生物碱类抗生素,它们具有中等到高的抗菌活性。     

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。     

稀有放线菌Lechevalieria rhizosphaerae NEAU-A2的次级代谢产物研究及遗传操作系统的建立

【背景】菌株Lechevalieria rhizosphaerae NEAU-A2是一株新的稀有放线菌,其基因组中包含多个与次级代谢产物生物合成相关的基因簇,具有产生丰富代谢产物的潜力。【目的】对稀有放线菌L. rhizosphaerae NEAU-A2的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,并建立其遗传操作系统。【方法】应用硅胶柱色谱和高效液相色谱等方法对菌株NEAU-A2的次级代谢产物进行分离和纯化,整合质谱分析、核磁共振等方法进行结构解析。在对该菌株全基因组测序的基础上,以基因组序列中编码杂合的聚酮合酶-非核糖体肽合成酶(PolyketideSynthase-Nonribosomal Peptide Synthetase,PKS-NRPSs)基因1609为目标基因,利用PCR-Targeting介导的基因置换技术构建重组质粒,通过接合转移的方式导入野生菌株。【结果】从菌株NEAU-A2中分离鉴定了2个新的吲哚二聚化合物(1,2)和5个已知化合物N-乙酰色胺(3)、4-((2-(1H-Indol-3-Yl)Ethyl)Amino)-4-Oxobutanoic Acid (4)、Brevianamide F (5)、4S,7R-Germacra-1(10)E,5E-Diene-11-Ol (6)、1H-吡咯-2-羧酸(7)。接合子通过培养2代即可获得双交换突变菌株,PCR分析结果显示PKS-NRPS基因被成功中断。【结论】从稀有放线菌L. rhizosphaerae NEAU-A2中分离鉴定出7个化合物,并成功建立了该菌的遗传操作系统。     

永兴岛白穗软珊瑚共附生放线菌筛选及部分活性次级代谢产物的鉴定

【目的】从白穗软珊瑚中分离和鉴定共附生放线菌,运用PCR技术对所分离的放线菌进行I型聚酮合酶(PKS)筛选,研究其次级代谢产物。【方法】使用11种培养基对白穗软珊瑚共附生放线菌进行分离、鉴定,构建16S rRNA基因系统发育进化树,以基于I型PKS的KS基因设计的简并引物对所分离放线菌进行基因筛选,对阳性菌株用3种培养基发酵检测,对目标菌株进行放大规模发酵分离鉴定次级代谢产物。【结果】从白穗软珊瑚中分离到20株共附生放线菌,包括链霉菌属10株、迪茨氏菌属2株和盐水孢菌属8株,筛选获得18株I型PKS阳性菌株,并从菌株Salinospora arenicola SH04中分离到化合物rifamycin S和rifamycin W。【结论】首次从珊瑚共附生环境中分离得到海洋专属性稀有放线菌盐水孢菌属,并以I型PKS基因筛选为指导,分离鉴定了聚酮类化合物rifamycins,为研究软珊瑚共附生可培养放线菌的多样性和基于基因筛选指导分离次级代谢产物提供了可靠依据。     

浅紫灰链霉菌CQ01819及其次级代谢产物的定向发掘

【目的】采用特征次级代谢产物生物合成的保守功能基因探针,定向分离土壤中产生特征次级代谢产物的菌种资源,借助基因转录分析为导向的培养基优化方法,获得目标次生代谢产物。【方法】首先,根据5种特征次级代谢产物保守的合成功能基因设计简并引物,定向从土壤样品中筛选、分离并纯化菌株。然后,以RT-qPCR为指导开展目标产物的发酵培养基优化;最后,对菌株进行发酵,利用多种色谱技术分离纯化目标天然产物,并结合高分辨质谱与核磁共振等技术对所获得的化合物进行结构鉴定。【结果】从土壤中筛选得到了一株AHBA合酶基因和环氧化酶基因均为阳性的链霉菌菌株(编号为CQ01819),根据转录分析优化发酵培养基,最终从该菌株分离纯化得到了含有AHBA结构单元的丝裂霉素C、聚醚类抗生素莫能霉素A和缬吲霉素。【结论】本研究通过菌株的定向分离纯化,筛选得到了产生预期抗生素的浅紫灰链霉菌菌株CQ01819;基于RT-qPCR指导的发酵培养基优化,确定了菌株的发酵条件;获得发酵粗提物后,采用多种色谱整合技术和光谱分析策略,快速分离并鉴定了目标产物。该研究为目标菌种资源的定向筛选、菌株的发酵条件的快速优化和化合物的定向分离提供了较好的参考。     

基于基因组挖掘的农抗120活性成分制霉菌素和丰加霉素的发现和鉴定

【目的】分析刺孢吸水链霉菌北京变种(农抗120产生菌)基因组和次级代谢产物组分,研究并鉴定农抗120产生菌中未被发现的活性组分。【方法】利用antiSMASH在线分析农抗120产生菌Streptomyces hygrospinosusvar.beijingensis基因组信息,锁定可能的制霉菌素和丰加霉素生物合成基因簇。利用HPLC和LC-MS等分析方法对农抗120产生菌发酵产物进行分析,同时利用制霉菌素和丰加霉素标准品作为对照,以鉴定该菌株代谢组分中的次级代谢产物。此外,通过构建目标基因簇大片段缺失突变株,并对所得突变株发酵产物进行检测,以确定生物合成基因簇与目的代谢产物的对应关系。【结果】本研究综合利用基因组序列分析、基因缺失突变株构建以及代谢产物检测方法,鉴定了农抗120产生菌中制霉菌素和丰加霉素两种活性成分,并确定了负责这些化合物合成的基因簇。【结论】本研究所构建的多重基因簇失活突变株为挖掘刺孢吸水链霉菌北京变种更多的天然次级代谢产物奠定了基础。     

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。     

紫色红曲霉Mp-21胞内次级代谢产物的分离纯化与活性研究

【目的】紫色红曲霉(Monascus purpureus) Mp-21胞内次级代谢产物的分离纯化与活性研究。【方法】通过综合运用多种色谱分离方法对次级代谢产物进行分离纯化,最后通过多种图谱数据对化合物进行结构的解析与鉴定。对分离纯化得到的单体化合物进行抗氧化与降血糖相关酶抑制活性的测定。【结果】从紫色红曲霉Mp-21胞内分离纯化并鉴定出3个活性化合物baicalein (1)、genistein (2)、glycitein (3),其中化合物1为首次从红曲菌科中发现,化合物2和3为首次从紫色红曲霉中发现。在体外抗氧化和抑制酶活性试验中,化合物1对1,1-二苯基-2-三硝基苯肼(DPPH)、O2–、OH–自由基具有较强的清除能力,对α-葡萄糖苷酶和α-淀粉酶也具有较强的抑制作用,IC50分别为5.67、17.46、36.40、30.94、430.93μg/mL。【结论】紫色红曲霉Mp-21具有开发成抗氧化、降血糖等功能性食品的潜力。     

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。     

湛江高桥红树林沉积物放线菌多样性及其中一株链霉菌产生的germicidins类化合物的鉴定

【目的】从3种红树林植物根际沉积物中分离和鉴定放线菌,进行抑菌活性初筛获得目标菌株并研究其次级代谢产物。【方法】使用5种培养基对红树林植物根际沉积物放线菌进行分离,采用16S rRNA基因序列比对的方法研究沉积物中的放线菌多样性,结合抑菌活性筛选获得目标菌株后进行放大规模发酵和分离鉴定次级代谢产物,根据生物合成基因簇定位和分析对化合物的生物合成途径进行推导。【结果】从3种红树林植物根际沉积物中分离得到放线菌49株,包括链霉菌属(Streptomyces)31株、小单孢菌属(Micromonospora)14株、小双孢菌属(Microbispora)、链孢子囊菌属(Streptosporangium)、野野村氏菌属(Nonomuraea)和糖单孢菌属(Saccharomonospora)各1株。获得粗浸膏抑菌活性较好的菌株Streptomyces sp. SCSIO 40067,从中分离鉴定了6个α-吡喃酮类化合物：germicidin A–C、germicidin I和isogermicidin A–B,并首次报道了germicidin A的晶体结构。从菌株SCSIO 40067基因组...     

海绵内/共生稀有放线菌Dermacoccus sp. X4次级代谢产物分离纯化及结构解析

从中国南海西沙群岛10 m深海水中采集得到一株未鉴定海绵样品,对其进行共附生微生物的分离,得到真菌及细菌共16株。通过分子生物学鉴定及菌株发酵液抑菌活性测定,发现其中一株稀有放线菌皮生球属菌株Dermacoccus sp.X4对金黄色葡萄球菌具有较好抑菌活性。大量发酵制备该菌株发酵液,通过硅胶分配层析、ODS反相层析、SephadexTMLH-20凝胶过滤层析及C18反相层析等分离方法对发酵液成分进行分离,并使用液相质谱连用、一维核磁及二维核磁分析对分离得到的单一化合物进行鉴定,确定二酮哌嗪类化合物1个,吲哚酸酯类化合物2个。本研究中吲哚酸酯类化合物为首次从微生物次级代谢产物中得到,为丰富海洋微生物药用资源作出贡献。     

一株海洋链霉菌MMHS020的抗菌活性代谢产物

【背景】海洋微生物因其生存环境的多样性与独特性,已成为天然产物研究的重要来源。【目的】以一株太平洋海泥来源链霉菌MMHS020为出发菌株,筛选可促进其产生丰富代谢产物的发酵条件,挖掘菌株在抗菌抗肿瘤方面的潜力。【方法】采用单菌株多次级代谢产物策略对MMHS020菌株进行培养诱导,使其产生更丰富的活性代谢产物。双层平板法测定发酵产物对6种指示菌的抑菌活性。以硅胶柱层析、葡聚糖凝胶层析和制备层析等方法对代谢产物进行分离纯化,再通过质谱技术和~1H-NMR和~(13)C-NMR对化合物进行结构解析。【结果】链霉菌属MMHS020菌株可在较高浓度盐离子环境中产生丰富的抑菌活性代谢产物,显示出对枯草芽孢杆菌、结核分枝杆菌和藤黄微球菌等多种指示菌的抑制活性。从发酵产物中分离鉴定了3个化合物,分别是诺卡胺素(1)、麦角甾醇(2)和星形孢菌素(3)。其中星形孢菌素表现出白色念珠菌的抑制活性,而诺卡胺素则对其他几个指示菌表现出较强的抑制活性。【结论】海洋链霉菌MMHS020菌株可代谢产生丰富多样的生物活性物质,具有开发成为新型抑菌生物制剂的潜力。     

链霉菌KIB-H1556次级代谢产物抗植物真菌活性研究

对曼陀罗(Datura stramonium L.)根际链霉菌Streptomyces sp.KIB-H1556的次级代谢产物进行研究,利用硅胶柱色谱、凝胶柱色谱和半制备HPLC等分离手段对其发酵产物进行分离纯化,采用MS和NMR等波谱学手段并结合文献数据鉴定了3个单体化合物的结构,分别为:Bafilomycin D(1)、Bafilomycin B1(2)和Bafilomycin B2(3)。初步抗植物病原真菌活性筛选发现化合物2和3具有广谱抗真菌活性,尤其对玉米病原真菌的抑制活性显著,可作为玉米病原真菌病害的潜在生物防治剂。     

内生真菌Paraconiothyrium brasiliense代谢产物β-咔啉生物碱及其黄嘌呤氧化酶抑制活性研究

本研究通过前体介导调控一株内生真菌的次级代谢产物,采用正相硅胶柱色谱和制备型HPLC等方法分离纯化,利用NMR、MS等波谱学方法鉴定化合物结构,从中分离鉴定了10个生物碱类化合物,鉴定结果为:川芎哚(1)、1-(1',2'-二脱氧-α-D-核吡喃糖基)-β-咔啉(2)、flazin(3)、tangutorid E(4)...     

海洋真菌Penicillium sp. WP-13次级代谢产物研究

本研究分析了海洋真菌Penicillium sp. WP-13的活性次级代谢产物。采用多种柱色谱技术对其发酵液的乙酸乙酯提取物进行分离纯化;根据波谱数据和理化常数分析,并结合文献比对鉴定单体化合物的结构;采用MTT法测定化合物对肿瘤细胞的细胞毒活性。从Penicillium sp. WP-13发酵液的乙酸乙酯提取物中分离鉴定了5个单体化合物,其中2个内酯类化合物为1-hydroxy-3,10-dimethoxy- 8-methyl-6,11-dioxo-6,11-dihydrodibenzo[b,e]oxepine-9-carboxylic acid (1)和1,8-dihydroxy-10-methoxy- 3-methyl-dibenzo[b,e]oxepine-6,11-dione (2);3个蒽醌类化合物为endocrocin methyl ester (3)、2-chloro-1,3,8-trihydroxy-6-methyl-9,10-anthracenedione (4)和emodin (5)。活性测试结果显示,化合物3和5均对人慢性髓原白血病细胞株K562、人肝癌细胞株BEL-7402、人胃癌细胞株SGC-7901和人宫颈癌细胞株HeLa具有一定的细胞毒活性。化合物1为新化合物,化合物3的核磁数据为首次报道,化合物1-4均首次分离自青霉属真菌。     

蛇足石杉中的新内生真菌及其代谢产物的分离与鉴定

从蛇足石杉内生菌的次级代谢产物中寻找活性成分,为进一步开发利用蛇足石杉药用植物资源提供了新途径,但至今其内生菌代谢产物的系统性研究较为少见。种类丰富的内生真菌普遍存在于各种植物中,但蕨类植物中内生真菌的研究较少。为了寻找蛇足石杉内生菌中的细胞毒活性成分,该研究从蛇足石杉根部分离得到一株球毛壳属(Chaetomium sp.)真菌M336,对其化学成分进行了研究。对蛇足石杉内生真菌M336采用PDA固体培养基扩大发酵,发酵物经提取及乙酸乙酯萃取后,通过正相硅胶柱色谱法、Sephadex LH-20凝胶柱色谱法、薄层制备、高效液相色谱等色谱手段对其发酵物中的化学成分进行分离纯化,利用理化性质、质谱、核磁等波谱分析技术,并结合相关文献数据鉴定化合物的结构。结果表明：从内生真菌M336发酵提取物的乙酸乙酯萃取部分分离并鉴定出8个化合物,分别为chaetoviridines F、chaetoviridines E、5′-epichaetoviridin A、5′-epichaetoviridin A、xanthoquinodins Al、xanthoquinodins A2、xanthoquinodins B1和毛壳菌素。从M336中分离得到8个化合物,化合物3有一定的抑菌作用,其余化合物有一定的细胞毒活性。该研究结果丰富了蛇足石杉内生真菌球毛壳属中的天然细胞毒活性的化合物。     

The tryptophan aminotransferase Tam1 catalyses the single biosynthetic step for tryptophan-dependent pigment synthesis in Ustilago maydis

Tryptophan is a precursor for many biologically active secondary metabolites. We have investigated the origin of indole pigments first described in the pityriasis versicolor-associated fungus Malassezia furfur . Some of the identified indole pigments have properties potentially explaining characteristics of the disease. As M. furfur is not amenable to genetic manipulation, we used Ustilago maydis to investigate the pathway leading to pigment production from tryptophan. We show by high-performance liquid chromatography, mass spectrometry and nuclear magnetic resonance analysis that the compounds produced by U. maydis include those putatively involved in the etiology of pityriasis versicolor. Using a reverse genetics approach, we demonstrate that the tryptophan aminotransferase Tam1 catalyses pigment biosynthesis by conversion of tryptophan into indolepyruvate. A forward genetics approach led to the identification of mutants incapable of producing the pigments. These mutants were affected in the sir1 gene, presumably encoding a sulphite reductase. In vitro experiments with purified Tam1 showed that 2-oxo 4-methylthio butanoate serves as a substrate linking tryptophan deamination to sulphur metabolism. We provide the first direct evidence that these indole pigments form spontaneously from indolepyruvate and tryptophan without any enzymatic activity. This suggests that compounds with a proposed function in M. furfur -associated disease consist of indolepyruvate-derived spontaneously generated metabolic by-products.     

Metabolism of arachidonic acid in polymorphonuclear leukocytes. Structural analysis of novel hydroxylated compounds.

Arachidonic acid was incubated with rabbit peritoneal polymorphonuclear leukocytes (glycogen-induced) and compounds obtained from ether extractions were fractionated by silicic acid column chromatography. A fraction containing several unidentified metabolites of arachidonic acid was analyzed by reversed phase-high pressure liquid chromatography. The metabolites were esterified and further purified by silicic acid high pressure liquid chromatography. The structures of the pure compounds were elucidated by infrared and ultraviolet spectrometry, ozonolysis, and gas chromatography-mass spectrometry. The following novel compounds were identified: Compound 1, 5S, 12R-dihydroxy-(E,E,E,Z)-6,8,10,14-eicosatetraenoic acid; Compound 2, 5S, 12S-dihydroxy-(E,E,E,Z)-6,8,10,14-eicosatetraenoic acid; Compound 3, 5, 6-dihydroxy-7,9,11,14-eicosatetraenoic acid; Compound 4, a diastereoisomer of the latter. Evidence for the occurrence of the delta-lactone forms of the 5,12-dihydroxy acids is also presented.