玫瑰孢链霉菌基因组挖掘研究进展

玫瑰孢链霉菌是重要抗生素达托霉素的产生菌。基因组挖掘发现该菌具有丰富的次级代谢产物合成潜力,激活沉默次级代谢产物生物合成基因簇,发现了10多种具有多种生物活性的次级代谢产物。本文回顾了玫瑰孢链霉菌次级代谢产物的研究进展,以及激活这些沉默生物合成基因簇的研究策略。这些研究为其他链霉菌基因组挖掘提供了有效的思路和方法学参考。     

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。     

雷帕链霉菌次级代谢产物及其生物合成的研究进展

摘要：雷帕链霉菌(Streptomyces rapamycinicus)是一种重要的工业菌株,主要用于生产新型大环内酯类抗生素——雷帕霉 素。该抗生素具有抗真菌、抗肿瘤、免疫抑制和抗衰老等众多生物活性,临床上主要用作器官移植的免疫抑制剂以及抗肿瘤药 物。全基因组测序表明,雷帕链霉菌野生型菌株NRRL5491基因组全长12.7Mb,编码多达48个次级代谢产物生物合成基因簇(共 长达3Mb),证明其具备强大的次级代谢潜力。除雷帕霉素以外,至今已有多种活性天然产物被鉴定,包括放线菌酸、尼日利亚 菌素、洋橄榄叶素、安莎类抗生素和六烯类抗生素等,相关合成基因簇及其生物合成途径已被解析。本文将就雷帕链霉菌中各 种次级代谢产物的生物学功能、生物合成基因簇及其生物合成过程等研究进展进行总结梳理,并就如何更好挖掘雷帕链霉菌中 的活性天然产物进行简单展望与讨论。     

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。     

锡林郭勒盟高原盐湖放线菌资源勘探及抗菌活性筛选

摘要：目的 探究锡林郭勒盟高原盐湖放线菌的多样性、新颖性及抗菌活性,为新型抗菌活性产物的发掘储备菌种资源。方 法 采用20种分离培养基,以平板涂布法分离放线菌;依据16S rRNA基因的同源性对菌株进行分子鉴定;PCR检测代表菌株的I型聚 酮合酶(PKS I)、II型聚酮合酶(PKS II)和非核糖体多肽合成酶(NRPS)功能基因;菌株的发酵液上清和菌体分别经乙酸乙酯和丙酮提取, 提取样品经纸片扩散法进行抗菌活性检测。目标菌株合成次级代谢产物的能力通过antiSMASH对基因组序列进行分析预测。结果 从 7份盐湖土壤样品中分离获得了365株放线菌,其分布于放线菌纲的8个目15个科28个属,优势菌属为链霉菌属和拟诺卡菌属。分离获 得的链霉菌新颖性突出,13株链霉菌与近缘菌株16S rRNA基因的最高相似度≤98.0%,推测其归属于10个链霉菌属新种。受试放线菌 对革兰阳性菌的抗菌活性显著,并从中筛选出3株抗菌作用强且抗菌谱较广的链霉菌;20株受试放线菌同时含有3种抗生素生物合成基 因。菌株XMNu-295基因组含有24个潜在的次级代谢产物生物合成基因簇,以聚酮类、非核糖体多肽类和萜烯类等为主。结论 锡林 郭勒盟高原盐湖中可培养放线菌多样性较为丰富,新颖性突出,目标菌株值得进一步开展次级代谢产物的化学研究。     

链霉菌沉默生物合成基因簇调控的研究进展

本文以天蓝色链霉菌(Streptomyces coelicolor)中黄色色素coelimycin生物合成调控及开发策略的研究进展为代表,介绍了链霉菌中沉默生物合成基因簇调控激活的新进展,为链霉菌天然产物基因簇的挖掘和新次级代谢产物的发现提供研究思路。     

Streptomyces albireticuli和Streptomyces albofavus次生代谢产物的研究进展

链霉菌是抗生素研发的重要源泉,其种类繁多并且代谢产物活性广泛。目前发现的1000多种微生物生物活性物质中,由链霉菌属所产生的次生代谢产物中得到的抑菌活性物质约占2/3。白网链霉菌Streptomyces albireticuli MDJK11和白黄链霉菌Streptomyces albofavus MDJK44是从牡丹根际土壤中分离得到两株潜在的植物根际促生菌,全基因组测序结合生物信息学分析两株链霉菌具有丰富新颖的次生代谢生物合成基因簇,为深入研究两者的次生代谢产物,本文对Streptomyces albireticuli和Streptomyces albofavus链霉菌中已分离和基于基因组信息预测的次生代谢产物结构类型及生物活性进行综述,旨在为进一步开发两类微生物提供参考。     

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。     

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。     

通过阻断GntR家族调控基因ygrA挖掘海洋链霉菌Streptomyces sp. OUC6819中抗MDR菌活性次级代谢产物

激活南海红树林来源链霉菌Streptomyces sp.OUC6819菌株中不表达或表达量低的隐性生物合成基因簇,挖掘具有优良多重耐药菌（MDR）抗菌活性的次级代谢产物。方法 通过生物信息学分析推测Streptomyces sp.OUC6819基因组中可能的GntR家族调控子,采用PCR-targeting策略敲除其中的ygrA基因,HPLC分析突变株和野生株的发酵产物的差异,并比较粗提物对5株MDR菌抑制活性。结果 HPLC分析结果表明与野生株相比,突变株中化合物1和化合物2产量分别产量提高了9倍和7倍;突变株发酵液粗提物对其中3株MDR菌抑制活性较野生株明显提高。结论 通过阻断GntR家族调控子ygrA激活了Streptomyces sp.OUC6819菌株中具有抗MDR菌活性次级代谢产物合成基因簇的表达,为从中发掘新的抗MDR菌抗生素奠定了必要基础;同时,将为其他海洋链霉菌中隐性基因簇的激活提供重要参考。     

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.     

深海冷泉链霉菌OUCLQ19-3次级代谢产物的研究

目的 探究深海冷泉来源微生物产生丰富次级代谢产物的潜力,挖掘具有抗多重耐药(multi-drug resistant, MDR)菌活性的次级代谢产物,为新型海洋药物研发提供先导化合物。方法 采用大规模发酵积累粗提物,利用有机溶剂萃取、C18反相硅胶开放柱层析、半制备高效液相等分离手段对发酵产物进行分离纯化,通过MS、NMR数据以及文献比对进行化合物的结构鉴定,进而对化合物进行抗MDR菌活性测试。结果 从深海冷泉来源链霉菌Streptomyces sp. OUCLQ19-3发酵产物中分离得到2个xiamycin类化合物,分别为xiamycin B(1)和xiamycin A(2);活性结果显示,化合物1和2均无抗MDR菌活性。结论 深海冷泉来源链霉菌Streptomyces sp. OUCLQ19-3能够产生一系列丰富的次级代谢产物,具有潜在的药用价值,其活性化合物有待进一步挖掘。     

Partial activation of a silent angucycline-type gene cluster from a rubromycin beta producing Streptomyces sp. PGA64

In the course of DNA-fingerprinting our strain collection for antibiotic biosynthesis genes, two different type II polyketide synthase (PKS) gene clusters were observed from Streptomyces sp. PGA64. Phylogenetic analysis placed these together with known rubromycin and angucycline biosynthetic gene clusters. The host strain itself has a very clean production profile of secondary metabolites, which composes mainly of rubromycin beta under typical fermentation conditions. Sequencing of a 16.5 kb fragment from the putative angucycline cluster revealed eight genes that were homologous to typical type II PKS genes responsible for synthesizing aromatic polyketides. These genes were especially similar to genes from known angucycline biosynthetic gene clusters and also synteny to these clusters was observed. In addition, three genes were recognized that are needed for priming the minimal PKS complex before polyketide synthesis can initiate, but which are not normally found to cluster with antibiotic biosynthesis genes. A putative repressor gene that was dissimilar to repressor genes found from well-characterized antibiotic biosynthesis gene clusters was also discovered. Gene disruption of the repressor resulted in partial activation of the cluster and production of two angucycline metabolites, UWM6 and rabelomycin. The results confirm that the DNA-fingerprinting method we have developed can be used to correctly detect compounds that are not visible in chemical screens.     

红树林内生真菌多样性及其次级代谢产物GH-9-1抗肺癌活性的研究

摘 要：目的 分析湛江观海长廊红树林内生真菌多样性,筛选具有抗肺癌活性的内生真菌次级代谢产物,对其中1株内生真菌Penicillium sp. GH-9发酵产物4-甲基-3-甲氧基-2,4-戊二烯酸（GH-9-1）进行抗肺癌活性研究。方法 利用微生物培养和发酵技术对红树林内生真菌进行分离纯化及液体发酵,通过16S rRNA基因序列构建系统发育树分析红树林内生真菌多样性,利用高效液相色谱（HPLC）检测技术对其次级代谢产物进行特征峰追踪分离,根据核磁共振数据鉴定化合物结构,采用CCK-8法、流式细胞术、Western blot技术评价单体化合物的体外抗肺癌活性。结果 从湛江市观海长廊采集6种红树林植物组织标本及红树林根部土壤标本,共分离得到130株内生真菌,从真菌Penicillium sp. GH-9的发酵产物中获得其主要特征性代谢产物4-甲基-3-甲氧基-2,4-戊二烯酸（GH-9-1）。化合物GH-9-1可抑制非小细胞肺癌细胞A549和H460细胞生长增殖,并可诱导A549和H460细胞发生凋亡和细胞周期阻滞。结论 湛江市观海长廊红树林内生真菌具有丰富的多样性,从其中1株内生真菌Penicillium sp. GH-9的次级代谢产物分离得到的GH-9-1具有显著的抗肺癌活性。     

深海链霉菌Streptomyces sp. OUCT16-23中放线菌素类次级代谢产物的研究

目的 对一株深海链霉菌Streptomyces sp. OUCT16-23的次级代谢产物进行研究,发现具有新颖化学结构和良好生物活性的化合物。方法 采用V6培养基对Streptomyces sp. OUCT16-23进行发酵培养,经高效液相色谱（HPLC）纯化得到化合物1和2,并综合运用质谱（HR-ESI-MS）、核磁共振（NMR）等波谱学方法进行结构鉴定。结果 从深海链霉菌Streptomyces sp. OUCT16-23中分离得到2个放线菌素类化合物,actinomycin D（1）和actinomycin V（2）,并发现其对多重耐药菌Staphylococcus aureus CCARM 3090,Enterococcus faecalis CCARM 5172,Enterococcus faecium CCARM 5203和Klebsiella pneumoniae ATCC 13883具有显著的抑制活性。结论 从Streptomyces sp. OUCT16-23中分离鉴定了具有优良抗多重耐药菌活性的 2个放线菌素类化合物,为筛选放线菌素类抗生素高产菌株奠定了基础。     

链霉菌沉默生物合成基因簇调控的研究进展

本文以天蓝色链霉菌(Streptomyces