长松萝中一个聚酮合酶基因簇的克隆和鉴定

【目的】探索药用地衣长松萝(Usnea longissima Ach)聚酮化合物的生物合成基因簇,克隆聚酮合酶(PKS)基因并分析其功能。【方法】以长松萝地衣型真菌为材料,通过巢氏PCR获得聚酮合酶基因片段和原位杂交筛选基因组文库获得聚酮合酶基因及相邻基因簇。并对获得聚酮合酶进行分子系统进化分析和基因表达分析。【结果】获得药用地衣长松萝中的编码聚酮合酶基因UlPKS5的全长序列以及相邻修饰基因β-内酰胺酶和脱水酶。聚酮合酶UlPKS5含有酮体合成酶(KS),酰基转移酶(AT),产物模板(PT)以及酰基载体蛋白(ACP)结构域。分子系统进化分析显示UlPKS5属于非还原型聚酮合酶中第五组,与蒽醌类化合物生物合成相关。通过半定量RT-PCR分析表明山梨醇(10%)和蔗糖(2%和10%)能够强烈诱导UlPKS5基因表达。【结论】聚酮合酶(UlPKS5)及相邻修饰基因β-内酰胺酶和脱水酶与长松萝中蒽醌类化合物生物合成相关。     

醌那霉素生物合成中间产物的一锅酶促体系研究

【目的】 通过一锅酶法在体外无细胞条件下重构醌那霉素的生物合成途径,实现从原料辅酶A、乙酰-辅酶A和丙二酸到醌那霉素重要中间体的高效转化。【方法】 纯化得到AlpAB、RavC等8个醌那霉素合成相关蛋白和MCAT、MatB等2个辅助蛋白;利用一锅酶法进行体外反应,并用高效液相色谱(high performance liquid chromatography, HPLC)检测反应产物;利用该体系探究Ⅱ型硫酯酶AlpS在合成通路中的功能及作用底物;利用单一变量法对体系温度、pH、最小聚酮合酶(minimal polyketide synthase, minimal PKS)浓度和Ⅱ型硫酯酶AlpS浓度等条件进行优化。【结果】 体系所需的聚酮合酶和辅助蛋白均获得可溶性表达;利用一锅酶法成功合成了醌那霉素的早期重要中间体SEK15、UWM6、rabelomycin、prejadomycin和dehydrorabelomycin;加入AlpS蛋白后以上5种产物产量均有不同程度的提高,其中prejadomycin和dehydrorabelomycin提高较为显著;优化后的反应最适条件为:温度30℃、pH 7.0、最小聚酮合酶(AlpA、AlpB和RavC)浓度各2.8 μmol/L、AlpS 7.2 μmol/L;prejadomycin的产量提高到302 mg/L。【结论】 本研究成功利用一锅酶法在无细胞条件下重构了醌那霉素的早期生物合成途径,合成了醌那霉素的重要中间体SEK15、UWM6、rabelomycin、prejadomycin和dehydrorabelomycin。研究进一步验证了硫酯酶AlpS的链释放功能并推测其作用底物。     

除虫链霉菌10个聚酮类抗生素生物合成基因簇的敲除对阿维菌素产量的影响

【目的】考察除虫链霉菌基因组中其它聚酮合成酶类(Polyketide synthase,PKS)抗生素生物合成基因簇的敲除突变对于阿维菌素产量的影响。【方法】构建了11个PKS基因簇的打靶Cosmid和质粒载体,导入除虫链霉菌中筛选突变株。【结果】在工业菌株MMR630中成功敲除了10个PKS基因簇。发酵结果显示7个PKS基因簇敲除突变株中阿维菌素的产量均有不同程度的提高,而2个突变株不能产生阿维菌素。然而,在3个连续敲除2个PKS基因簇的突变株中阿维菌素产量没有能够超过单个PKS敲除突变株的提升幅度。【结论】除虫链霉菌基因组的一些PKS基因簇的敲除可以提高阿维菌素的产量,同时暗示同一类次生代谢产物的代谢流之间存在复杂的相互作用关系。     

三烷基取代芳香聚酮gombapyrones生物合成基因簇的确认及其生物合成推导

【目的】本研究旨在确认链霉菌Streptomyces rubellomurinus ATCC 31215来源芳香聚酮化合物(gombapyrones, GOMs)的生物合成基因簇(biosynthetic gene cluster, BGC),并对其生物合成途径进行推导。【方法】对链霉菌S. rubellomurinus ATCC 31215进行大规模发酵及提取分离,得到GOM-B和GOM-D;以三烷基取代芳香聚酮生物合成途径保守存在的P450单氧化酶的蛋白序列作为探针,在GOMs产生菌S. rubellomurinus基因组中进行BLAST搜索获得潜在的GOMs生物合成基因簇(gom BGC);通过对gom BGC中的聚酮合成酶(polyketide synthase, PKS)结构基因进行同框缺失突变,对突变株发酵产物进行高效液相色谱-质谱(highperformanceliquidchromatography-massspectrometry,HPLC-MS)分析以确认gomBGC与GOMs的产生相关;基于生物信息学分析,推导GOM-B的生物合成途径。【结果】从S. rubell...     

醌那霉素生物合成基因簇中alp2F和alp2G基因的功能表征

醌那霉素是由Ⅱ型聚酮合酶系统产生的一类角蒽环类聚酮化合物。从结构上看,其具有三个显著的特征:苯并芴核、高度氧化的A环以及芴环上的重氮基团。醌那霉素因其特殊的苯并芴结构以及良好的生物活性,引起了科研人员广泛的研究兴趣。但是迄今醌那霉素的生物合成途径并没有得到完全的解析,尤其是对重氮基团的形成。前期研究因缺少醌那霉素完整的生物合成基因簇信息而受到阻碍。本课题组最近确证了醌那霉素的完整生物合成基因簇,共包含62个基因,其中有8个基因并没有被报道过。通过生物信息学分析,本研究发现其中alp2F和alp2G基因与cremeomycin生物合成中的creE和creD具有高度的同源性。creE和creD基因产物通过催化天冬氨酸生成亚硝酸,其后亚硝酸在酸性条件下自发加载到化合物的碳骨架上,实现重氮基团的加载。本研究通过体外酶催化反应证实了Alp2F和Alp2G同样可以催化天冬氨酸生成亚硝酸。亚硝酸钠喂养实验进一步确证了亚硝酸盐参与醌那霉素的合成。alp2F和alp2G基因功能体外和体内的确证,不仅是对醌那霉素生物合成基因簇中未知基因功能的表征,也对阐明醌那霉素家族天然产物中重氮基团的形成有启发意义。     

林可链霉菌NRRL 2936中帕马霉素生物合成基因簇的异源 表达及调控基因功能研究

【背景】帕马霉素属于大环内酯类抗生素,具有较好的抗感染活性。该类化合物独特的化学结构和显著的生理活性受到了许多研究者的关注。同时,本实验室在林可链霉菌NRRL2936的全基因组序列中发现了帕马霉素的生物合成基因簇。【目的】尽管其生物合成途径已经得到了解析,但其生物合成基因簇中的2个调控基因功能尚不清楚。本研究从林可链霉菌NRRL2936的基因组文库中克隆了含有帕马霉素生物合成完整基因簇的质粒pJQK450,开展了质粒pJQK450在链霉菌中的异源表达,实现了帕马霉素的异源合成,并初步确定该生物合成基因簇中两个调控基因的功能。【方法】利用聚合酶链式反应递缩基因组文库筛选的方法,从林可链霉菌(Streptomyces lincolnensis)NRRL 2936基因组文库中筛选到了含有帕马霉素生物合成完整基因簇的Fosmid质粒pJQK450。然后,将该质粒转化到E.coli ET12567/pUZ8002中,利用大肠杆菌-链霉菌双亲接合转移的方法将pJQK450转入异源宿主中。对获得的异源表达菌株进行发酵产物的制备,采用耻垢分枝杆菌mc2155作为指示菌株进行帕马霉素生物活性测试,并结合LC-MS的分析确定帕马霉素的产生情况。最后,通过基因失活与回补的方法,考察帕马霉素生物合成基因簇中调控蛋白PamR1和PamR2对帕马霉素生物合成的影响。【结果】帕马霉素生物合成基因簇在天蓝色链霉菌M1154中实现了表达,证明PamR1和PamR2负调控了帕马霉素生物合成的过程。【结论】帕马霉素完整基因簇的成功异源表达,一方面便于其生物合成途径的遗传改造,为帕马霉素的生物合成及优产改造研究奠定了基础;另外,调控基因功能的研究为帕马霉素的产量优化提供了改造的目标。     

红色红曲菌M7的丝衣霉酸基因簇及其功能研究

【目的】明确红色红曲菌(Monascus ruber) M7的基因组中是否存在丝衣霉酸(byssochlamic acid, BA)基因簇,并探讨BA基因簇中聚酮合酶基因mr-Bys及3-羟酰基辅酶A脱氢酶基因mr-hdh对BA产生的影响。【方法】采用生物信息学方法对M7基因组进行分析,以确定BA候选基因簇;以基因敲除及过表达方法研究mr-Bys和mr-hdh对BA产生的影响;以超高效液相色谱(ultra-performance liquid chromatography, UPLC)和质谱(mass spectrometry, MS)方法分析BA。【结果】在红色红曲菌M7基因组中发现了BA基因簇,敲除mr-Bys后,BA消失,而敲除和过表达mr-hdh均可影响BA的产生。【结论】红色红曲菌M7基因组中存在BA基因簇,可产生BA。研究结果不仅丰富了红曲菌次生代谢产物及其合成途径的相关研究,也为以红曲菌为菌种开发新产品奠定了基础。     

聚酮类化合物生物合成基因簇与药物筛选

由微生物和植物产生的聚酮类化合物的数量极其庞大,是一大类结构多样化和生物活性多样性的天然产物,已经成为新药的重要来源.介绍了3种类型聚酮类化合物生物合成基因簇的特点,即以模块形式存在的I型聚酮合酶,包含一套可重复使用结构域的Ⅱ型聚酮合酶以及不需要ACP参与,以植物中的查耳酮合酶为代表的Ⅲ型聚酮合酶.同时,还介绍了基于3种类型聚酮类化合物生物合成基因的特点,利用分子生物学方法构建筛选探针,进行当前药物基因筛选的进展.     

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。     

吸水链霉菌HS023 milF基因敲除构建产5-酮米尔贝霉素基因工程菌

【目的】通过敲除吸水链霉菌HS023的mil F基因,构建产5-酮米尔贝霉素的基因工程菌。【方法】构建mil F基因敲除质粒p MSST-Δmil F,转入米尔贝霉素产生菌——吸水链霉菌HS023,获得mil F基因敲除的双交换突变株F2-18。【结果】发酵结果表明:mil F基因敲除突变株F2-18不再产生米尔贝霉素,仅产生中间产物5-酮米尔贝霉素,且发酵单位较出发菌株略有提升。【结论】通过敲除mil F基因,发酵可生产5-酮米尔贝霉素,并直接用于驱虫药米尔贝肟和乐平霉素的化学合成,可大大简化从米尔贝霉素到米尔贝肟和乐平霉素的合成步骤。     

链霉菌聚酮类次生代谢产物及其生物合成基因簇

摘要：聚酮类抗生素在工业、农业和医药方面都具有重要的商业价值,至今通过美国FDA认证的聚酮类药物超过40个。随着分子生物学的发展,人们开展了抗生素合成基因簇的研究,并以此为基础发展了组合生物学,形成天然产物化学与分子生物学相结合的跨学科研究领域。本文以链霉菌为对象,对链霉菌产生的聚酮类抗生素的药物应用、聚酮合成酶（PKS）的研究及聚酮类药物的开发策略与前景作了相关介绍。     

丝状真菌聚酮体合成酶特性及其途径工程

综述了丝状真菌聚酮体合成酶的特性及其编码基因的分离、鉴定和途径工程。     

聚酮类化合物生物合成的代谢工程研究进展

聚酮化合物是一类重要的具有生物活性的次级代谢物。本文讨论了以聚酮生物合成酶为核心的聚酮化合物生物合成途径,以及近年来有关代谢工程在聚酮类化合物生物合成方面的研究工作进展,主要包括将聚酮生物合成途径引入新的宿主、代谢流量分析在提高聚酮化合物中的应用及合成新的聚酮化舍物等。     

宏基因组文库技术获得聚酮化合物

聚酮化合物是一类重要的具有生物活性的次级代谢物。由于运用传统方法从自然界中直接筛选新型天然聚酮化合物的重现率很高, 近年来出现了很多开发新型聚酮化合物的新方法, 文章主要介绍通过环境宏基因组文库获得新聚酮类化合物的方法。     

Functional characterization of O‐methyltransferases used to catalyse site‐specific methylation in the post‐tailoring steps of pradimicin biosynthesis

Aims

To identify the roles of the two O‐methyltransferase homologous genes pdmF and pdmT in the pradimicin biosynthetic gene cluster of Actinomadura hibisca P157‐2.

Methods and Results

Pradimicins are pentangular polyphenol antibiotics synthesized by bacterial type II polyketide synthases (PKSs) and tailoring enzymes. Pradimicins are naturally derivatized by combinatorial O‐methylation at two positions (i.e., 7‐OH and 11‐OH) of the benzo[α]naphthacenequinone structure. PdmF and PdmT null mutants (PFKO and PTKO) were generated. PFKO produced the 11‐O‐demethyl shunt metabolites 11‐O‐demethylpradimicinone II ( 1 ), 11‐O‐demethyl‐7‐methoxypradimicinone II ( 2 ), 11‐O‐demethylpradimicinone I ( 3 ) and 11‐O‐demethylpradimicin A ( 4 ), while PTKO generated the 7‐O‐demethyl derivatives pradimicinone II ( 5 ) and 7‐hydroxypradimicin A ( 6 ). Pradimicinones 1 , 2 , 3 , and 5 were fed to a heterologous host Escherichia coli harbouring expression plasmid pET‐22b::pdmF or pET‐28a::pdmT. PdmF catalysed 11‐O‐methylation of pradimicinones 1 , 2 , and 3 regardless of O‐methylation at the C‐7 position, while PdmT was unable to catalyse 7‐O‐methylation when the C‐11 hydroxyl group was methylated ( 5 ).

Conclusions

PdmF and PdmT were involved in 11‐O‐ and 7‐O‐methylations of the benzo[α]naphthacenequinone moiety of pradimicin, respectively. Methylation of the C‐7 hydroxyl group precedes methylation of the C‐11 hydroxyl group in pradimicin biosynthesis.

Significance and Impact of the Study

This is the first reported demonstration of the functions of PdmF and PdmT for regiospecific O‐methylation, which contributes to better understanding of the post‐PKS modifications in pradimicin biosynthesis as well as to rational engineering of the pradimicin biosynthetic machinery.     

Encapsulation of Chicken Egg Yolk Immunoglobulin G (IgY) by Liposomes

Encapsulation of antibodies isolated from chicken egg yolk (IgY) in egg lecithin/cholesterol liposomes was attempted. IgY was successfully encapsulated into the liposomes by using the dehydration-rehydration method. Electron microscopic observation demonstrated that the liposomes prepared by this method were large multilamellar vesicles with a diameter of several μm. The encapsulation efficiency was improved by increasing the rehydration temperature to 60°C. The cholesterol/lecithin ratio also affected the efficiency, giving the highest value at a ratio of 1/4 (mol/mol). Some efflux of glucose through the liposomal membranes was observed, particularly for the liposome with a low cholesterol content, but that of IgY was not detected, irrespective of the cholesterol content. Encapsulation reduced the activity loss of the IgY antibodies under acidic conditions. IgY encapsulated in the liposomes was also markedly resistant to pepsin hydrolysis, which usually results in complete loss of activity with unencapsulated IgY, suggesting that liposomal encapsulation is an effective means for protecting IgY under gastric conditions.     

A cluster of genes for the biosynthesis of spinosyns, novel macrolide insect control agents produced by Saccharopolyspora spinosa

Spinosyns A and D are the active ingredients in a family of insect control agents produced by fermentation of Saccharopolyspora spinosa. Spinosyns are 21–carbon tetracyclic lactones to which are attached two deoxysugars. Most of the genes involved in spinosyn biosynthesis are clustered in an 74 kb region of the S. spinosa genome. This region has been characterized by DNA sequence analysis and by targeted gene disruptions. The spinosyn biosynthetic gene cluster contains five large genes encoding a type I polyketide synthase, and 14 genes involved in modification of the macrolactone, or in the synthesis, modification and attachment of the deoxysugars. Four genes required for rhamnose biosynthesis (two of which are also required for forosamine biosynthesis) are not present in the cluster. A pathway for the biosynthesis of spinosyns is proposed.     

Koninginin W,a New Polyketide from the Endophytic Fungus Trichoderma koningiopsis YIM PH30002

A new compound named koninginin W ( 1 ) and four known polyketides ( 2 – 5 ) were isolated from endophytic fungus Trichoderma koningiopsis YIM PH30002 of Panax notoginseng. The structures of 1 - 5 , including absolute configuration of 1 , were elucidated on the detailed analysis of the HR-ESI-MS, 1D and 2D NMR, and X-ray crystallographic data. Koninginin W ( 1 ) presented weak antibacterial activity against Escherichia coli, Bacillus subtilis and Salmonella typhimurium.