海洋放线菌Streptomyces costaricanus SCSIO ZS0073中fungichromin生物合成基因簇的分析鉴定

目的 对分离自我国广西红沙红树林湿地公园的放线菌菌株Streptomyces costaricanus SCSIO ZS0073进行基因组测序分析,并对其生产的制霉色基素(fungichromin)的生物合成基因簇进行分析鉴定。 方法 对S. costaricanus SCSIO ZS0073菌株进行基因组提取,利用Highseq4000和PacBio SMRT技术相结合的手段对该菌株进行了基因组完成图测序;利用生物信息学方法对基因组进行注释并寻找fungichromin的生物合成基因簇,对fungichromin生物合成骨架基因fgmJ1进行置换突变,确定fungichromin生物合成基因簇,结合fungichromin结构特征和其基因簇内遗传信息及聚酮化合物的生物合成原理,对其生物合成途径进行推测。 结果 全基因组测序发现S. costaricanus SCSIO ZS0073菌株基因组含有一条线性染色体和一个圆形质粒,基因组含有36个次级代谢产物生物合成基因簇。利用基因敲除手段对fungichromin的生物合成基因簇进行了确认并进行了生物合成途径推导。 结论 fungichromin生物合成基因簇的确定和生物合成途径的推导为该化合物的基因工程改造研究奠定了分子基础。     

海洋青铜小单孢菌FIM 02-523产生的脂肽类化合物FW523的分离鉴别和生物学活性

在筛选新免疫抑制剂的过程中，从海洋青铜小单孢菌Micromonospora chalcea FIM 02-523发酵液提取到脂肽类化合物FW523，经纯化得到5个组分。组分3（FW523-3）与抗肿瘤抗生素rakicidin B同质，但它具有与紫杉醇相当的抗肿瘤活性和与环孢菌素相当的免疫抑制活性。组分1和2（FW523-1，2）与rakicidin A分子量相同，组分4（FW523-4）比rakicidin B多1个-CH2，组分5（FW523-5）比rakicidin A少1个-CH2，它们是rakicidins的两个新同系物。     

海洋放线菌SCSIO 07745中红霉素衍生物的分离、鉴定和生物合成基因簇的分析

目的：对从中国南海沉积物样品中分离的放线菌SCSIO 07745中抑菌活性次级代谢产物进行研究,并对相应产物的生物合成基因簇进行分析。方法：提取菌株SCSIO 07745基因组DNA,利用Illumina Hiseq和PacBio SMRT技术进行基因组测序;通过对16S rDNA序列进行分析构建系统发育进化树以鉴定菌种;以有机溶剂萃取得到发酵产物并利用正相反相柱层析等色谱手段进行分离纯化;通过波谱数据分析对化合物进行结构鉴定。利用生物信息学技术对基因组进行注释并对合成该化合物的基因簇进行定位分析,推导其生物合成途径。结果：该放线菌被鉴定为糖多孢红霉菌Saccharopolyspora erythraea,从其发酵产物中分离鉴定了2个大环内酯类化合物sporeamicin A(1)和erythromycin A enol ether(2)。全基因组序列测序发现该菌株基因组DNA为线状,含有31个次级代谢产物生物合成基因簇,其中基因簇3可能负责红霉素衍生物的生物合成,并对其生物合成途径进行了推导。结论：筛选得到了1株产生红霉素类化合物的海洋糖多孢红霉菌S. erythraea SCSIO 07745,为红霉素类抗生素的开发提供了新的菌株资源。同时,该菌株的全基因组序列为其蕴藏的次级代谢产物的挖掘奠定了基础。     

海鞘来源放线菌Streptomyces pratensis SCSIO LCY05中skyllamycins的发现及其生物合成分析

目的 挖掘海鞘来源放线菌Streptomyces pratensis SCSIO LCY05生产含肉桂酰独特结构单元的skyllamycins类环肽的潜能,并深入分析skyllamycins生物合成基因簇的新特征。方法 利用Illumina Hiseq和Pacbio SMRT测序平台对S. pratensis SCSIO LCY05基因组DNA其进行全基因组测序,通过生物信息学手段对菌株基因组的生物合成基因簇进行预测和基因功能注释,采用OSMAC (one strain many compounds) 策略对S. pratensis SCSIO LCY05菌株进行发酵优化,结合萃取法、色谱学和波谱学等方法对该菌株的次级代谢产物进行分离和结构鉴定,并对得到的化合物的生物合成途径进行推导及对新颖的合成特征进行挖掘。结果 全基因组测序结果表明,S. pratensis SCSIO LCY05菌株的基因组全长为8.42 Mbp,共含有35个生物合成基因簇,该基因组上的基因簇20与skyllamycins生物合成基因簇的相似度为95%。在OSMAC策略的优化基础上,发现S. pratensis SCSIO LCY05菌株在SCAS培养基中出现了两个具有典型吸收特征的峰,经鉴定为skyllamycin A和skyllamycin B环肽化合物,并推导了其生物合成途径。进一步的聚类分析发现skyllamycins装配线上的C₁₁结构域可能是具有缩合和异构化双重功能的结构域,负责skyllamycins中第11个氨基酸的组装和异构化。结论 本研究不仅发现海鞘来源放线菌S. pratensis SCSIO LCY05经OSMAC策略的优化后可产生skyllamycins类环肽化合物,并揭示了skyllamycins生物合成过程中的新特征,同时也为skyllamycins类化合物生物合成机制的深入阐释及其进一步的开发利用提供了新的菌株资源。     

宁夏枸杞根际土壤链霉菌V-1-3次级代谢产物分析

摘要：目的 获得链霉菌V-1-3的基因组序列信息,分析其次级代谢产物生物合成基因簇并预测其代谢产物,为发现潜在新抗生素奠定基础。方法 基于16S rRNA基因序列进行菌株属水平鉴定,利用Illumina HiSeq+PacBio测序技术对菌株V-1-3进行基因组测序,采用antiSMASH(v6.0.1)在线工具分析次级代谢产物生物合成基因簇,液-质联用技术检测产生的次级代谢产物。结果 链霉菌V-1-3基因组序列全长8 243 417 bp,平均(G+C)含量为72.14 %,共编码7578个基因,预测到33个生物合成基因簇,利用液-质联用检测到4个代谢物：oxalomycin B、geosmin、coelichelin和ishigamide。结论 来自盐碱地的链霉菌V-1-3具有丰富的次级代谢产物生物合成基因簇,能产生多种次级代谢产物,具有进一步发掘新抗生素的价值。     

利普斯他汀高产菌株毒三素链霉菌AP617-N12CA的全基因组测序与分析

摘要：目的 解析利普斯他汀(lipstatin)高产菌株毒三素链霉菌AP617-N12CA (S. toxytricini AP617-N12CA)的基因组序列信息,为深入研究该菌株高产lipstatin的分子机理与调控机制奠定基础。方法 联合应用三代单分子测序技术和二代高通量测序技术对AP617-N12CA菌株进行全基因组测序,使用相关软件对测序数据进行进基因组组装、基因预测和功能注释,并对lipstatin及其他次级代谢产物生物合成基因簇进行分析预测。结果 AP617-N12CA菌株整个基因组大约6.99Mb,GC含量73.76%,含有6134个编码序列;基因组由一条长约6.38Mb的线型染色体和一个长约0.61Mb的线型质粒组成;同时预测得到22个次级代谢产物合成基因簇,其中lipstatin基因簇定位在线型质粒右臂区域而非在染色体上。结论 首次完成了AP617-N12CA菌株全基因组完成图绘制,在S. toxytricini菌中首次发现和描述了线型质粒,在线型质粒上定位并鉴定分析了lipstatin基因簇。为S. toxytricini的功能基因组学研究和lipstatin高产机理解析提供了基础数据,对后续相关研究具有重要意义。     

一株海洋来源Streptomyces sp. SCSIO 1682中那西肽(nosiheptide)的分离鉴定及其生物合成基因簇分析

目的 对一株海洋来源的菌株SCSIO 1682进行16S rDNA分子生物学鉴定,对发酵产物中的抑菌活性化合物进行分离鉴定,并对抑菌活性化合物的生物合成基因簇进行分析。方法 通过构建基于16S rDNA序列的系统发育树来进行菌株鉴定;通过有机溶剂萃取、正相和反相硅胶层析等化学分离手段对菌株SCSIO 1682的次级代谢产物进行活性追踪分离纯化;运用HR-ESI-MS,₁H和₁₃C NMR等波谱手段对所得化合物进行结构解析;通过对菌株SCSIO 1682进行全基因组扫描测序鉴定所得化合物的生物合成基因簇。结果 该菌株被鉴定为Streptomyces sp. SCSIO 1682,所得抑菌活性化合物为那西肽,鉴定了那西肽的生物合成基因簇并进行生物信息学分析。结论 从海洋链霉菌Streptomyces sp. SCSIO 1682中分离鉴定了那西肽,那西肽生物合成基因簇的鉴定为利用组合生物合成和合成生物学技术对那西肽进行结构改造提供了新的基因资源。     

基于基因组学的抗生素生物合成研究策略与进展

本文汇集了研究次级代谢生物合成所取得的主要进展.对抗生素生物合成机制的研究进程作简要回顾,重点介绍进入基因工程时代后利用基因组学技术研究抗生素生物合成所采用的方法和取得的最新成果.内容包括:1,微生物药物基因组学研究的背景;2,抗生素药物基因组学研究进展;3,β-内酰胺类抗生素生物合成研究成果;4,卡那霉素高产菌生物合成基因簇克隆与AUDs的发现;5,小单孢菌药物基因组学研究的意义等.     

刺糖多胞菌合成多杀菌素的基因研究

多杀菌素是由刺糖多孢菌产生的一种新型大环内酯类混合次级代谢产物,为新型、高效、安全的生物杀虫剂。该类化合物由一个12元大环内酯以及一个中性糖和一个胺糖构成。多杀菌素生物合成基因大部分聚集在刺糖多孢菌基因组上约80kb大小的区域中。该区域DNA已被完全测序,并通过破坏目的基因的方法,对这一区域DNA的特性和功能进行了深入研究。多杀菌素生物合成基因簇包括5个编码Ⅰ型聚酮合成酶的基因和14个与大环内酯结构修饰有关的基因,另外还有4个编码鼠李糖的基因未包含在上述基因簇中。     

海洋芽孢杆菌Bacillus methylotrophicus B-9987中difficidins生物合成基因簇的分析鉴定

目的 对海洋芽孢杆菌B-9987中difficidins生物合成基因簇及其关键基因进行分析、鉴定及功能研究。 方法 通过生物信息学手段对difficidins基因簇的基因组成和功能结构域进行了分析；结合其结构特征及聚酮化合物的生物合成原理,初步推导其生物合成途径；构建了烯酰辅酶A水合酶基因difO双交换阻断突变株,对其功能进行初步验证并对基因簇进行确认。 结果 从B-9987发酵液中分离纯化得到化合物oxydifficidin,鉴定了B-9987中该化合物的生物合成基因簇,其是由位于同一个操纵子的15个基因difA-O所编码的反式酰基转移酶聚酮合酶体系组装而成；difO基因阻断后,oxydifficidin不再产生。 结论 difficidins生物合成基因簇的鉴定为后续研究其生物合成途径及相关基因的功能奠定了基础。     

Genome mining and biosynthesis of fumitremorgin-type alkaloids in ascomycetes

This review summarizes the recent progress on the biosynthesis of fumitremorgin-type alkaloids; that is, the identification of the biosynthetic gene clusters from genome sequences by genome mining and proof of gene function by molecular biological and biochemical investigations.     

Combinatorial biosynthesis, metabolic engineering and mutasynthesis for the generation of new aminocoumarin antibiotics

The aminocoumarin antibiotics novobiocin, clorobiocin and coumermycin A1 are produced by different Streptomyces strains. They are potent inhibitors of bacterial gyrase and topoisomerase IV, and novobiocin has been licensed as antibiotic for clinical use (Albamycin). They also have potential applications in oncology. The biosynthetic gene clusters of all three antibiotics have been cloned and sequenced, and the function of nearly all genes contained therein has been elucidated. Rapid and versatile methods have been developed for the heterologous expression of these biosynthetic gene clusters, and in Streptomyces coelicolor M512 as heterologous host these antibiotics were produced in yields comparable to those in the natural producer strains. lambda RED-mediated homologous recombination was used for genetic modification of the gene clusters in Escherichia coli. The phage PhiC31 attachment site and integrase functions were introduced into the cosmid backbones and employed for stable integration of the clusters into the genome of the heterologous hosts. Modification of the clusters by single or multiple gene replacements or gene deletions resulted in the formation of numerous new aminocoumarin derivatives, providing an efficient tool for the rational generation of antibiotics with modified structure. Additionally, many new antibiotics were generated by mutasynthesis experiments, i.e. the targeted deletion of genes required for the biosynthesis of a certain structural moiety of the antibiotic, and the replacement of this moiety by structural analogs which were added to the culture broth. The diversity of new structures obtained by this approach could be expanded by further genetic modifications of the gene deletion mutants, especially by expression of heterologous biosynthetic enzymes with appropriate substrate specificity.     

一株来源于海洋的具有免疫抑制活性的放线菌的分离鉴定

从福建福鼎海滩土壤样品中分离到一株海洋放线菌FIM02．635,该菌株的发酵产物具有免疫抑制活性。菌株FIM02．635在多数培养基上生长良好．灰黑．黑．无气生菌丝。系统发育、化学分类特征、形态特征、生理生化特性等分析表明菌株FIM02．635属于小单抱菌属（Micromonospora）。     

The biosynthetic gene clusters of aminocoumarin antibiotics

Plants and microorganisms are the most important sources of secondary metabolites in nature. For research in the functional genomics of secondary metabolism, and for the biotechnological application of such research by genetic engineering and combinatorial biosynthesis, most microorganisms offer a unique advantage to the researcher: the biosynthetic genes for a specific secondary metabolite are not scattered over the genome, but rather are clustered in a well-defined, contiguous region - the biosynthetic gene cluster of that metabolite. This is exemplified in this review for the biosynthetic gene clusters of the aminocoumarin antibiotics novobiocin, clorobiocin and coumermycin A (1), which are potent inhibitors of DNA gyrase. Cloning, sequencing and analysis of the biosynthetic gene clusters of these three antibiotics revealed that the structural differences and similarities of the compounds are perfectly reflected by the genetic organisation of the biosynthetic gene clusters. The function of most biosynthetic genes could be identified by gene inactivation experiments as well as by heterologous expression and biochemical investigation. The prenylated benzoic acid moiety of novobiocin and clorobiocin, involved in the interaction with gyrase, is structurally similar to metabolites found in plants. However, detailed investigations of the biosynthesis revealed that the biosynthetic pathway and the enzymes involved are totally different from those identified in plants.     

海洋碳样小单孢菌产生的大豆黄素和染料木素

目的研究海洋微生物FIM02—635产生的活性次级代谢产物。方法对产生菌进行分类鉴定。发酵液用有机溶媒提取具有免疫抑制活性的化合物，采用硅胶柱层析及高速逆流色谱的分离方法，提取纯化到2个化合物FW63511和FW63512，通过理化性质测定和光谱学测定分析2个化合物的结构并对这两个化合物进行体外生物活性测定。结果与结论产生菌定名为碳样小单孢菌FIM02—635。FW63511和FW63512分别与异黄酮大豆黄素和染料木素同质，它们具有免疫抑制和抗肿瘤活性，但没有抗菌活性。     

高产量非达霉素工程菌的构建及其发酵优化

本试验将橙色指包囊菌(Dactylosporangium aurantiacum)NRRL 18085中的非达霉素生物合成基因簇与本实验室保存的德干高原游动放线菌(Actinoplanes deccanensis) SIPI-XR01的测序结果进行对比,找到SIPI-XR01中含有与已报道的合成基因簇中编码LuxR家族调节因子的转录激活因子tiaR1基因类似的基因片段,并将其命名为xrr1,根据该基因设计引物,并通过PCR扩增和质粒构建的方法将其整合到菌株基因组上,成功构建了过量表达xrr1工程菌,命名为SIPIXR02。结果表明SIPI-XR02相比SIPI-XR01产量有明显提高,经过培养基碳氮源优化后摇瓶产量最高可达4592μg/ml,并随后在10 L发酵罐上进行验证,发酵后产量达到3 930μg/ml,具有工业应用价值。