深海來源鏈霉菌次級代謝產物合成潛力挖掘研究獲進展

　　高壓、高鹽及低溫的深海環境曾被認為是生命的荒漠。隨著海洋科學技術的發展，人們對深海的探索能力日益增強，發現了深海（甚至萬米深的馬里亞拉海溝）也有微生物的生命活動，并從深海沉積物樣品中分離鑒定了多個種屬的放線菌。基因組測序表明，一些深海來源的放線菌基因組中還蘊藏著許多次級代謝產物合成基因簇，但大部分基因簇通常不表達，因此，其代謝產物潛力還有待深入挖掘。近年來，基因組挖掘技術、轉錄組挖掘技術、蛋白質組學技術的發展以及這些技術的組合，已經成功激活了部分生物合成基因簇，獲得了相應產物的化學結構。盡管如此，傳統意義上的改變菌株培養條件的方法仍是激活“沉默”基因簇的一種有效方法。

　　中國科學院南海海洋研究所熱帶海洋生物資源與生態重點實驗室在過去十年內，依托基金委的南海開放航次和印度洋航次，已經積累了大量深海來源的可培養放線菌。研究人員對一株深海來源的鏈霉菌SCSIO 03032進行了系統的次級代謝產物生產潛力的挖掘，從該株鏈霉菌中共分離得到21個次級代謝產物，含15個新化合物。

　　Streptomyces sp. SCSIO 03032由張偲研究員課題組的田新朋博士提供，分離自印度洋孟加拉灣深達3412米的海底沉積物樣品（來自2010年春季的印度洋航次）。研究人員發現，該菌在不同的培養條件下可生成不同的代謝產物。當將該菌培養于改良的A1BFe + C培養基中時，發現它可以產生結構新穎獨特的雙吲哚螺環生物堿spiroindimicins A-D，已知化合物lynamicins A和D，其中 spiroindimicin B具有中等的細胞毒活性（Organic Letters 2012, 14, 3364-3367）。這些化合物發表后，被天然產物領域內的綜述性期刊Natural Product Reports （"Hot off the press", 2012, 29, 1033-1037）列為熱點化合物。

　　研究人員發現，在相同的培養條件下，該菌還能生產α-pyridone類抗生素mer-A2026B和piericidin A1。Piericidin A1是線粒體和細菌NADH-泛醌氧化還原酶的強效抑制劑。通過基因組掃描，研究人員定位了piericidin A1的生物合成基因簇，闡明了羥化酶Pie E和甲基化酶Pie B2的生物學功能，并從ΔpieE突變株中獲得了一個新的C-2/C-3環氧的α-pyridone類抗生素piericidin E1（Organic Letters 2014, 16, 734-739）。

　　最近，研究人員進一步通過擴大規模培養SCSIO 03032，從改良的A1BFe + C培養基中繼續發現了一些微量成分，包含7個新的吲哚生物堿類化合物，經鑒定為結構獨特的去芳構化雙吲哚生物堿indimicins A-E及新的類似物lynamicins F和G （Journal of Natural Products, DOI： 10.1021/np500362p）。

　　為深入發掘菌株SCSIO 03032的次級代謝產物合成潛力，研究人員系統檢測了其在7個不同培養條件下的代謝圖譜。在改良的ISP3培養基中，該菌能生產三個新的大環內酰胺類抗生素heronamides D-F（Journal of Natural Products, 2014, 77, 388-391）。

　　Streptomyces sp. SCSIO 03032是一株深海來源的鏈霉菌，進一步對其基因組測序分析表明它還含有26種可能編碼次級代謝產物的基因簇。研究人員已經定位了spiroindimicins A-D，indimicins A-E等含有獨特的螺環或去芳構化吲哚環結構化合物的基因簇，正在研究它們的生物合成機理。這些化合物不僅豐富了吲哚生物堿的化學多樣性，也為生物化學家解析深海放線菌中存在的獨特的酶學機制提供了材料及支持。他們的工作也再次表明，深海來源的放線菌能有潛力生產結構獨特和多樣的代謝產物，值得進一步深入研究。

　　這些工作主要由張文軍博士、李蘇梅博士、陳耀龍及朱義廣博士完成，獲得了國家自然科學基金委、科技部、中科院及廣東省等項目的資助。