回顾OL丨转氨酶DtlA缺失激活海洋来

海洋来源链霉菌中次级代谢产物的生物合成受到复杂调控网络的控制，便于细胞能够适应不同的生存环境，但同样也使许多生物合成基因簇在正常培养条件下是沉默的。本研究利用基因组挖掘寻找调控基因，并对其进行操纵，从而激活海洋来源链霉菌StreptomycesyoussoufiensisOUC中的沉默基因簇ysf，分离鉴定了1个新型多烯苯甲酸(benzoicpolyeneacids,BPAs)碳碳二聚体youssoufeneA1(1)、4个新的多烯苯甲酸单体youssoufeneB1-B4(2-5)和1个已知的多烯苯甲酸单体6，活性评价显示二聚体对多重耐药粪肠球菌的抑制作用(MIC=12.5μg/mL)显著强于单体化合物。研究人员通过对海洋来源链霉菌StreptomycesyoussoufiensisOUC的基因组进行测序以及生物信息学分析，筛选出一个属于转氨酶家族的degT样基因dtlA(KY)。已有研究表明degT在菌株B.subtilis中表现出多效调控作用，猜测dtlA对S.youssoufiensisOUC也具有相似的调控作用。首先将dtlA基因灭活得到突变菌株(ΔdtlA)，将其与野生型菌株(dtlA)和回补菌株(dtlA+ΔdtlA)分别进行小发酵(50mL)。对比产物HPLC检测结果后发现只有突变株积累了一系列化合物1-6(Figure1tracesii)，而野生株和回补株都无化合物产生(Figure1tracesi,iii)，能够确定dtlA基因的缺失导致S.youssoufiensisOUC产生了1-6。Figure1.不同菌株的发酵产物的HPLC图随后通过对突变株(ΔdtlA)进行大发酵(20L)，分离出化合物1-6，并利用MS和NMR等波谱解析确定其结构及构型(Figure2)，其中2和3、4和6互为立体异构体。利用电子圆二色谱(ECD)计算出化合物1的C-3、C-7′和C-9′的绝对构型为R,R,S(Figure3)，由于化合物2与1支链的双键具有相同的几何形状，分别为2-E、10-Z、12-E、14-Z和16-E，推断2为1的单体亚结构。Figure2.化合物1-6的结构Figure3.化合物1的ECD计算光谱研究人员发现2?6与skyllamycins中的N端cinnamoyllipid部分的结构较相似，参照skyllamycins生物合成中肉酰脂质部分的形成过程，推断youssoufene生物合成基因簇可能含有与sky17?19和22同源的酮合成酶基因基因。通过在S.youssoufiensisOUC基因组中寻找与skyllamycins生物合成基因相似的基因，定位到一条聚酮合酶基因簇(ysf)。将含有该基因簇的质粒pWLI导入异源宿主StreptomycescoelicolorM，成功表达产生了化合物1-6(Figure1tracesv)，证实youssoufenes的生物合成基因簇为ysf，从而搭建了youssoufenes的生物合成途径(Figure4)。Figure4.推测化合物1-6的生物合成途径最后通过多重耐药(MDR)菌株的抗菌试验结果显示二聚体化合物1对EnterococcusfaecalisCCARM的抑制活性(MIC=12.5μg/mL)明显比单体结构(2-6)强，2和4表现出弱抑制活性(MIC=50μg/mL)，3和5无活性。综上所述，研究人员利用基因组测序、生物信息学分析、基因灭活以及异源表达等方法，激活StreptomycesyoussoufiensisOUC产生了一系列天然化合物(1-6)，利用波谱解析确定了1-6的结构，并确定了youssoufene的生物合成基因簇ysf。研究结果表明，dtlA的同源基因可能成为激活放线菌中某些生物合成基因簇的有效靶点，youssoufene生物合成途径及其激活机制值得进一步研究。本文通讯作者是中国海洋大学医药学院李文利教授，主要从事海洋药物先导物生物合成、海洋药物先导物组合生物合成与代谢工程以及基于基因组挖掘的新型海洋药物先导物发现等方面的研究。文章信息：HuayueLi+,JingLiu+,ZirongDeng,TongLi,ZengzhiLiu,QianChe,WenliLi*.GeneticManipulationofanAminotransferaseFamilyGenedtlAActivatesYoussoufenesinMarine-DerivedStreptomycesyoussoufiensis.Org.Lett.,22(2):-

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