海洋所海洋微生物抗感染藥物的生物合成研究獲新進展

　　替達霉素(Tirandamycins)含有2,4-吡咯烷二酮和雙環縮酮兩個特征結構單元，能夠跟細菌RNA聚合酶結合，從而抑制細菌轉錄過程中鏈的起始和延伸，產生抗菌活性(對耐甲氧西林葡萄球菌和耐萬古霉素的糞腸球菌也有抑制作用);替達霉素還選擇性地抑制馬來布魯線蟲天冬氨酰-tRNA合成酶的活力，殺蟲活性可潛在用于治療象皮腫。該類化合物新穎的化學結構和獨特的藥效作用機制已經引起藥物合成和生物合成化學家的興趣。

　　在前期工作中，中科院南海海洋研究所的研究人員篩選到一株來自南海沉積土的放線菌Streptomyces sp. SCSIO1666，該菌生產替達霉素但對海鹽有依賴性(《中國海洋藥物》, 2010, (6), 12-20);以酮基合成酶為探針克隆了其生物合成基因簇，對7個生物合成基因進行了置換突變和代謝產物分析，推斷了其生物合成途徑，發現trdK是生物合成途徑中的負調控基因，其突變株使替達霉素的產量提高了一倍以上(Biochem. Biophy. Res. Commun., 2011, 406, 341-347);隨后通過體內突變、體外蛋白生化測試和光譜位移分析報道了trdL是一種新穎的、與FAD以雙共價鍵形式結合的氧化酶，負責后修飾10位羥基脫水形成酮基(Org. Lett., 2011, 13, 2212-2215)。

　　研究人員進一步分析了生物合成途徑中的trdE基因，該基因編碼一種16家族糖基水解酶，具有糖基水解酶家族的典型催化保守位點E145XD147XXE150。由于替達霉素分子中沒有糖基結構單元，該基因的功能是個謎。研究人員構建了trdE突變株，發現突變株積累一個新的生物合成中間體pre-tirandamycin，為該分子聚酮-聚肽生物合成模塊上釋放下來的最早的前體化合物。體外蛋白表達和生化實驗表明，TrdE催化pre-tirandamycin脫水形成替達霉素C，負責C-11/C-12雙鍵的形成。

　　為解析其催化機制，研究人員對TrdE中具有糖基水解酶特征的三個保守氨基酸和4個具有潛在脫水作用的組氨酸進行了定點突變，對點突變蛋白進行CD譜測定和酶反應動力學參數表征，發現糖基水解酶的保守催化位點對酶活力的維持起著至關重要的作用。同時揭示了E150是該酶的活性催化位點，提出了可能的脫水催化機制。有別于天然產物中酮基還原酶-脫水酶雙結構域催化形成雙鍵，TrdE具有糖基水解酶的典型特征，但利用其催化中心在替達霉素生物合成中催化雙鍵的形成，代表了一種天然產物雙鍵形成的新機制。

　　以上結果發表在《美國化學會志》上(J. Am. Chem. Soc. 2012, 134, 2844-2847)，論文的第一作者為博士生莫旭華，通訊作者為鞠建華研究員。

　　文章發表后，很快被Nature Chemical Biology雜志選為亮點論文，并發表題為Hidden by homology(2012, 8, 320)的評述，認為“TrdE功能的闡明對于其它生物合成途徑中類似未知功能酶的確認有著重要的參考意義”。

　　以上研究工作得到了科技部973項目和中科院“百人計劃”人才基金的資助。