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。     

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。     

表观遗传修饰法增加真菌次级代谢产物化学多样性的应用

真菌次级代谢产物结构新颖、活性显著,是药物先导化合物的重要来源。然而,大量已知化合物的重复分离限制了传统真菌天然产物研究的快速发展。化学表观遗传修饰法是一种真菌代谢调控的简便、有效方法,其通过在培养基中添加化学表观遗传修饰剂激活真菌的沉默代谢途径获得隐蔽天然产物。本文综述了2016年至2020年间采用化学表观遗传修饰法增加真菌次级代谢产物化学多样性的最新研究进展,以期为真菌天然产物的深入研究提供参考。     

基于微生物基因组的新型天然产物发现策略

微生物天然产物的生物合成是一个从基因到化合物的过程。微生物基因组内未被发掘的孤儿或沉默途径所编码的新型次级代谢产物的合成潜力远远超过现已发现的代谢产物数量。微生物基因组大规模测序的广泛开展,为天然产物的发现和研究提供了新的研究领域和契机。本文主要介绍基于微生物基因组序列的新型天然产物的发现策略及其研究进展。可以预计,随着实验技术的不断发展,采用基于基因的药物发现模式可以充分发掘微生物产生天然产物的潜力,微生物基因组内的孤儿或沉默途径编码的未知代谢产物将成为新药开发的重要源泉。     

激活细菌沉默基因簇的研究进展

目的综述了近年来细菌沉默基因簇激活策略的研究进展。方法通过查阅文献对激活细菌沉默基因簇的研究进展进行了总结。结果微生物基因组序列的持续揭示表明,细菌在合成各种天然产物方面蕴藏着巨大的、尚未开发的潜能。一般来说,这些天然产物一直是药物先导化合物的重要来源。在标准的实验室条件下,大多数生物合成基因簇处于低表达或沉默状态。为此,我们回顾了近年来已开发的三种激活沉默生物合成基因簇的方法:使用CRISPR/Cas9插入活性启动子,高通量筛选激活剂用以鉴定小分子诱导剂,以及报告基因指导下的突变体筛选用以构建高产菌株。结论结合以前实施的策略,这些方法有望在未来几年内获得由这些沉默基因簇编码的天然产物。     

表观遗传修饰应用于真菌次级代谢调控研究的最新进展

真菌次级代谢产物的生物合成与其基因簇所在染色体的表观遗传状态密切相关,通过表观遗传修饰能够调控真菌的次级代谢过程。分子表观遗传修饰方法主要通过敲除或过表达表观遗传相关酶类的编码基因,而化学表观遗传修饰方法则是外源加入化学表观遗传修饰酶抑制剂。二者都能促进基因的转录,进而激活沉默的生物合成基因簇,提高真菌次级代谢产物的化学多样性。本文综述了2015年至今的表观遗传修饰应用于真菌次级代谢调控研究的最新进展,就分子表观遗传修饰和化学表观遗传修饰两方面进行阐述,并对两种方法的进行总结与展望。     

激活微生物沉默基因簇合成新型天然产物的研究

随着微生物基因组测序项目开展,越来越多的沉默基因簇被发现。采用激活微生物沉默基因簇的方法,可以充分发掘微生物次级代谢的潜力并可以获得大量新结构天然产物,为新药发现提供更多天然化合物来源。本文简要介绍激活沉默基因簇合成微生物次级代谢产物的方法。     

化学表观遗传修饰方法在真菌次级代谢产物研究中的应用

真菌产生的次级代谢产物是新药开发的重要资源,其生物合成过程受到众多因素的调控。化学表观遗传操作是利用小分子化学物质抑制真菌中影响表观遗传的酶类,激活沉默的生物合成基因,诱导真菌产生未知的次级代谢产物。化学表观遗传修饰已成为一种简单有效的发现结构新颖的活性次级代谢产物的新方法。本文综述了化学表观遗传修饰调控真菌次级代谢产物的研究进展,并对该方法用于海洋来源真菌次级代谢产物的研究进行了展望。     

微生物次级代谢产物生物合成基因簇异源表达研究进展

微生物天然产物的异源表达在药物的发展过程中发挥着越来越大的作用。通过基因工程技术,将目的生物合成基因簇转移至不同的异源宿主中表达,不仅能够激活沉默的生物合成基因簇,而且可将异源表达体系作为一个非常有用的工具通过组合生物合成生产更多结构新颖、功能独特的化合物。本文结合当今该领域的最新研究动态,概述了基因簇异源表达宿主的选择依据及生物合成基因簇在不同宿主表达的研究进展,以期为天然产物的研究提供一定的借鉴作用。     

具有抗菌活性的海洋真菌天然产物研究新进展

近年来,病原微生物的耐药性已严重威胁到人类健康,从海洋微生物中寻找对耐药菌敏感的化合物成为研究的热点,其中海洋真菌因其能够产生大量结构新颖、活性显著的代谢产物而受到广泛关注。本文按照海洋真菌的来源进行分类,从海洋动物来源真菌、红树林来源真菌、海藻来源真菌、海水来源真菌等4个方面,综述了2014年来发表的具有抗菌活性的海洋真菌来源的新的天然产物,主要介绍天然产物的化学结构和生物活性,化合物结构式曾有文献报道的未包括在内,为具有抗菌活性的海洋真菌天然产物的进一步研究开发提供了参考。     

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     

Molecular Cloning and Functional Analysis of Gene Clusters for the Biosynthesis of Indole-Diterpenes in Penicillium crustosum and P. janthinellum

The penitremane and janthitremane families of indole-diterpenes are abundant natural products synthesized by Penicillium crustosum and P. janthinellum. Using a combination of PCR, cosmid library screening, and Illumina sequencing we have identified gene clusters encoding enzymes for the synthesis of these compounds. Targeted deletion of penP in P. crustosum abolished the synthesis of penitrems A, B, D, E, and F, and led to accumulation of paspaline, a key intermediate for paxilline biosynthesis in P. paxilli. Similarly, deletion of janP and janD in P. janthinellum abolished the synthesis of prenyl-elaborated indole-diterpenes, and led to accumulation in the latter of 13-desoxypaxilline, a key intermediate for the synthesis of the structurally related aflatremanes synthesized by Aspergillus flavus. This study helps resolve the genetic basis for the complexity of indole-diterpene natural products found within the Penicillium and Aspergillus species. All indole-diterpene gene clusters identified to date have a core set of genes for the synthesis of paspaline and a suite of genes encoding multi-functional cytochrome P450 monooxygenases, FAD dependent monooxygenases, and prenyl transferases that catalyse various regio- and stereo- specific oxidations that give rise to the diversity of indole-diterpene products synthesized by this group of fungi.     

Deoxysugars in bioactive natural products: development of novel derivatives by altering the sugar pattern

Bioactive natural products are frequently glycosylated with saccharide chains of variable length. These sugars are important for the biological activity of the compounds and they contribute to the interaction with the biological target. The increasing knowledge of sugar biosynthesis pathways and the isolation of a large number of sugar gene clusters from antibiotic-producing actinomycetes are providing tools for combinatorial biosynthesis approaches that can generate potentially improved derivatives with altered sugars in their architecture. Novel derivatives of known bioactive natural products can be produced either in the producer organisms or in heterologous hosts by using different combinatorial biosynthesis strategies. In this article, recent advances in the field are discussed, illustrating the alternative approaches of gene inactivation, gene expression, combining gene inactivation and gene expression, co-expression of genes from different pathways or the use of sugar cassette plasmids to endow a host with the capability of synthesizing new sugars.