南海海洋所環酯肽類抗生素生物合成研究取得重要進展

　　環酯肽類抗生素是一類結構復雜、生物活性活性顯著的抗生素，是創新藥物的重要源泉。黑莫他丁(himastatin)是由鏈霉菌產生的，組成其分子的六個結構單元以DL交替方式排列并且形成結構對稱的二聚體，自其發現以來，以其新穎、復雜的結構特征和良好的抗菌、抗腫瘤活性引起了有機合成、藥物化學和藥理學等領域科學家的關注。

　　利用生物合成和組合生物合成技術改造微生物活性代謝產物已經成為新藥研究開發的重要手段。鑒于himastatin新穎的結構、良好的生物活性、化學全合成的難度和低收率及其蘊含的新穎的酶學機制，中國科學院南海海洋研究所海洋天然產物及其生物合成學科組鞠建華研究員領導的團隊，經過三年的努力，綜合運用微生物基因組學、細菌遺傳學、分子生物學和天然產物化學等多學科專業技術，對具himastatin的生物合成機制進行了深入研究并取得了重要進展。

　　研究人員通過基因組掃描測序和生物信息學分析獲得了Himastatin的生物合成基因簇，揭示了其生物合成裝配線上新穎的模塊組織結構。其生物合成基因簇包含20個基因，分別編碼4個非核糖體聚肽合成酶，2個硫酯酶，3個未知功能蛋白，1個乙酰谷氨酸激酶，3個調控蛋白，1個脫氫酶，2個 ATP結合轉運蛋白，1個肽單氧化酶和3個細胞色素P450家族蛋白。研究人員通過文庫構建和篩選，對12個功能基因進行了體內基因置換突變，對兩個關鍵基因進行了回補實驗，并對突變株的代謝產物進行了分析，從其中3個細胞色素P450基因突變株中分離鑒定了6個關鍵生物合成中間體或結構衍生物，闡明了 himastatin獨特的生物合成途徑和三種細胞色素P450氧化酶的后修飾功能，首次發現HmtN負責哌嗪酸結構單元的立體專一性和區域專一性羥化反應，HmtT負責催化色氨酸結構單元的環氧化-環化反應導致氫化吡咯吲哚三環結構的形成，HmtS負責天然對稱小分子的區域專一性的芳環-芳環碳碳偶聯反應。

　　該項研究揭示了環酯肽類抗生素Himastatin獨特的生物合成機制，發現了3種新功能細胞色素P450氧化酶能夠在溫和條件下完成區域專一性、立體專一性和非活化的芳香碳碳偶聯反應。該項研究成果已發表于德國《應用化學》(Angew. Chem. Int. Ed. 2011, 50, 7797-7802)雜志。

　　該研究工作得到國家自然科學基金、中科院“百人計劃”等項目資助。