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。     

avermectin生物合成基因簇的研究进展

近期对除虫链霉菌avermectin生物合成基因簇的研究揭示,它包含4个大的开放阅读框,分别编码avermectin聚酮合成酶4个巨大多功能多肽（AVRS1,AVRS2,AVRS3和AVRS4）,构成了迄今已知的最复杂的多功能酶系统。此外,序列分析结果还显示,在这4个大的开放阅读框的前、后及中间还存在另14个开放阅读框,它们分别与聚酮后修饰以及avermectin生物合成的其它步骤有关。本文综述了对avermectin生物合成基因簇分子研究的最新进展。     

海洋芽孢杆菌B-9987中抗MDR菌活性成分研究

挖掘具有优良多重耐药菌(MDR)抗菌活性的次级代谢产物,为海洋新药研发提供分子多样性。方法 对海洋芽孢杆菌B-9987进行大发酵,将发酵产物进行提取分离,每一步分离过程进行MDR活性追踪。结果 B-9987粗提物对4株MDR菌(金黄色葡萄球菌CCARM 3090、沙门氏菌CCARM 8250、大肠杆菌CCARM 1009、粪肠球菌CCARM 5203)具有良好的抗菌活性。通过HPLC分离纯化及MS、NMR等波谱分析获得了化合物1(Macrolactin F)和化合物2(Bacillaene A)。化合物1对MDR菌没有抗菌活性。由于化合物2对光、温度、氧气十分不稳定,无法直接测试活性。对含有化合物2的组分进行活性测试,确定了B-9987的MDR菌抗菌活性来自于Bacillaene类化合物。结论 鉴定了B-9987中的抗MDR菌活性成分。     

Difficidins生物合成基因簇中蛋白激酶基因difB功能研究

目的 对海洋芽孢杆菌Bacillus methylotrophicus B-9987 difficidins化合物生物合成基因簇中difB基因功能进行探究。方法 通过生物信息学手段对difB的功能进行预测;构建difB双交换阻断突变株及高表达株;通过高效液相色谱法（HPLC）分析野生株和突变株发酵产物的差异;在大肠杆菌中表达DifB蛋白,以脱磷酸difficidin（3）作为底物,探究DifB的体外功能。结果 得到了ΔdifB双交换阻断突变株及difB高表达株;HPLC分析结果表明,相比较野生株,ΔdifB突变株中difficidins化合物峰不再产生,difB高表达株中difficidins的产量与野生株无显著差别;DifB蛋白不能催化脱磷酸化difficidin（3）发生磷酸化反应。结论 difB是difficidins生物合成所必须的,可能与磷酸基团的组装相关,但磷酸化机制有待进一步研究。     

海洋芽孢杆菌大环内酯糖基转移酶BmmGT1底物广谱性探究

目的 对海洋芽孢杆菌B-9987中糖基转移酶BmmGT1糖基受体的广谱性进行探究。方法 以UDP-D-葡萄糖为糖基供体,与不同糖基受体进行体外酶促反应,通过高效液相色谱(HPLC)检测反应产物,并采用高分辨质谱(HRMS)手段对糖基化产物进行初步鉴定。结果 糖基转移酶BmmGT1能够以UDP-D-葡萄糖为糖基供体,识别两性霉素B以及氯霉素,分别生成两性霉素B双糖基化和单糖基化衍生物以及氯霉素单糖基化衍生物得到三个糖基化产物。结论 糖基转移酶BmmGT1具对糖基受体的选择具有灵活性,可作为潜在的工具酶用于化合物结构多样性研究。     

组合生物合成聚酮类药物研究进展

在筛选和发展新型微生物药物方面组合生物合成日益成为生物、化学和医药界关注的重点。基于聚酮类（PK）天然产物的独特化学结构和良好生物活性，研究它们的生物合成机制，将为合理化遗传修饰生物合成途径获得结构类似物提供遗传和生物化学的基础，实现利用现代生物学和化学的技术手段在微生物体内进行药物开发的目的。现综述近年来组合生物合成技术的基本原理、聚酮合酶的基本作用机制以及合成途径的改造情况等。     

新型酰基转移酶AT-EF080951的重组表达及底物结合分析

目的 研究新型聚酮合酶(PKS)基因簇EF568935(Gen Bank登录号)中酰基转移酶(AT)EF080951(GenBank登录号)底物特异性,为PKS的功能研究及组合生物合成研究提供新组件.方法 从酰基转移酶AT-EF080951结构域两端的连接肽区设计引物,通过PCR克隆其结构域基因at-EF080951;连接入原核表达载体pMAL-c2X,与麦芽糖结合蛋白(MBP)融合表达;直链淀粉树脂柱亲和层析纯化MBP-AT-EF08095l;融合蛋白用Xa因子切除MBP,得到AT-EF080951单体;以MBP、小牛血清白蛋白(BSA)为对照蛋白,用紫外分光光度法测定MBP-AT-EF080951与AT-EF080951对底物的结合能力,计算结合常数(Ka,μmol/L),分析其结合底物的特异性.结果 (1)MBP-AT-EF080951与底物的结合常数为甲基丙二酰辅酶A,0.0049±0.001;丙二酰辅酶A,0.0049±0.003;乙酰辅酶A,0.107±0.002;辅酶A,0.005±0.003.(2)AT-EF080951与底物的结合常数为甲基丙二酰辅酶A,0.005±0.002;丙二酰辅酶A,0.0041±0.002;乙酰辅酶A,0.120±0.001;辅酶A,0.0042±0.003.结论 MBP-AT-EF080951和AT-EF080951都特异性结合乙酰辅酶A,AT-EF080951可能是乙酰转移酶.     

浸麻芽孢杆菌环糊精葡糖基转移酶的克隆与表达

目的获取浸麻芽孢杆菌环糊精葡糖基转移酶基因并在大肠杆菌中表达。方法构建浸麻芽孢杆菌环糊精葡糖基转移酶表达质粒,转化大肠杆菌DH5α,筛选获得阳性重组菌株。经42℃诱导后,检测酶活性。结果浸麻芽孢杆菌环糊精葡糖基转移酶在大肠杆菌中成功表达,表达量达3 U/mL。结论浸麻芽孢杆菌环糊精葡糖基转移酶可以在大肠杆菌中高效表达。     

深海链霉菌SCSIO 1071中聚酮合酶基因簇Cluster 46编码产物探究

目的 对南海深海来源链霉菌Streptomyces olivaceus SCSIO 1071中新颖I型聚酮合酶基因簇Cluster 46及其编码产物进行探究。方法 通过生物信息学手段对基因簇Cluster 46的基因组成进行分析;采用PCR-targeting策略构建聚酮合酶基因orf27和LuxR家族转录调控基因orf46双交换阻断突变株;通过高效液相色谱法(high performance liquid chromatography,HPLC)分析野生株和突变株发酵产物的差异,检测粗提物对3株多重耐药(multiple drug resistant, MDR)菌(Staphylococcus aureus CCARM 3090、Enterococcus faecalis CCARM 5172、Enterococcus faecium CCARM 5203)的抑菌活性。结果 得到了Δorf27和Δorf46双交换阻断突变株;HPLC分析结果表明,相比较野生株,Δorf27和Δorf46突变株中化合物峰1-10不再产生;突变株发酵液粗提物对3株MDR菌抑菌活性较野生株明显降低;液相色谱-质谱（liquid chromatograph mass spectrometer,LC-MS）数据和紫外（ultraviolet,UV）数据表明化合物峰1-10可能为dixiamycins类化合物。结论 orf27和orf46的阻断间接影响了具有抗MDR菌活性的化合物峰1-10的产生,为挖掘S. olivaceus SCSIO 1071中新颖活性次级代谢产物奠定了基础。     

新型聚酮合酶基因簇的分离与部分鉴定

目的 从海洋沉积物中分离新型聚酮合酶(PKS)基因簇,并解析其基因结构,为研究PKS的组合生物合成提供新组件.方法 采集中国东海沉积物样本,并提取宏基因组DNA,以其为模板,通过简并PCR扩增新型PKS片段,用地高辛标记正确的扩增片段作为探针,然后从本研究中构建的海洋沉积物样本Fosmid宏基因组文库中筛选完整基因簇,测序、结构分析.结果 (1)所分离得到的海洋沉积物宏基因组DNA可直接作为PCR模板,简并PCR扩增得到26个新型KS编码片段,并成功提交GenBank;(2)所得DNA构建成滴度约5×108cfu/ml的Fosmid文库,插入片段平均长度约为40kb;(3)将其中的一个KS片段(GenBank登录号DQ942531)用地高辛标记并筛选部分文库,得到4个克隆,测序得到7981bp的序列(GenBank登录号EF568935),结构分析发现含典型的I型PKS组件,如酮缩酶(KS)、酰基转移酶(AT)、酰基载体蛋白(ACP)等.结论 简并引物扩增、宏基因组文库筛选、测序、结构分析,在本研究中被证明是有效的分离新PKS基因簇的途径;通过系统进化树分析得出26条新KS片段属于I型KS片断和杂合PKS/NRPS基因簇,主要来自放线菌门、δ变形菌门、蓝藻门和β变形菌门的微生物.     

Expression of biosynthetic gene clusters in heterologous hosts for natural product production and combinatorial biosynthesis

Expression of biosynthetic gene clusters in heterologous hosts for natural product production and combinatorial biosynthesis is playing an increasingly important role in natural product-based drug discovery and development programmes. This review highlights the requirements and challenges associated with this conceptually simple strategy of using surrogate hosts for the production of natural products in good yields and for the generation of novel analogues by combinatorial biosynthesis methods, taking advantage of the recombinant DNA technologies and tools available in the model hosts. Specific topics addressed include: i) the mobilisation of biosynthetic gene clusters using different vector systems; ii) the selection of suitable model heterologous hosts; iii) the requirement of post-translational protein modifications and precursor supply within the model hosts; iv) the influence of promoters and pathway regulators; and v) the choice of suitable fermentation conditions. Lastly, the use of heterologous expression in combinatorial biosynthesis is addressed. Future directions for model heterologous host engineering and the optimisation of natural product biosynthetic gene cluster expression in heterologous hosts are also discussed.     

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。     

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。     

重组工程法构建德胺糖生物合成基因簇的表达载体

德胺糖(desosamine)是次级代谢产物来源的微生物药物中的一个重要的糖基团。为构建德胺糖生物合成基因簇的异源表达体系,本研究运用重组工程技术一步法从黏粒中克隆了德胺糖的生物合成基因簇的两个转录单元,重组效率高达100%。本方法避免了常规克隆手段的烦琐、耗时、针对长DNA片段的PCR易发生碱基突变等缺点。进一步,将两个转录单元分别置于来源于天蓝色链霉菌的pacI/pactIII双向启动子的控制下并克隆至链霉菌的游离型和整合型表达载体上。本工作为探索德胺糖生物合成基因簇在异源宿主菌中表达、德胺糖与多种糖苷底物偶联以创制新化合物奠定了基础。     

Streptomyces griseochromogenes菌株milbemycin生物合成基因簇的筛选

经BamHI酶切的柯氏质粒pku4 0 3与MboⅠ部分消化并经碱性磷酸酶处理的Streptomycesgriseochromogenes染色体DNA片段相连接 ,体外包装后 ,转化大肠杆菌E .coliJM1 0 8,挑取转化子1 1 5 2个 ,构建Streptomycesgriseochromogenes的基因文库。分别以avermectin聚酮体合成酶 (PKS)的酰基转移酶基因 (AT)、酮基合成酶基因 (KS)及参与avermectin生物合成的内酯化酶基因(aveE)、C5 O 甲基转移酶基因 (aveD)为探针 ,利用菌落原位杂交、核酸杂交和以烯酰基还原酶基因(ER)引物的PCR扩增等手段 ,从文库中筛选出 2 4个阳性克隆。根据克隆DNA之间的重叠关系 ,将阳性克隆分为 7组 ,这 7组阳性克隆群可能覆盖控制milbemycin生物合成的基因簇     

Characterization of the humanMDR1 gene

P-glycoprotein (Pgp), an ATP-dependent efflux transporter that protects the body from environmental toxins and xenobiotics, is encoded by the human MDR1 gene. Human MDR1 is located on chromosomal region 7q21. Although several different single nucleotide polymorphisms were shown to influence Pgp expression and activity, the reported length of the MDR1 gene in Genbank and other databases continues to evolve and varies between 6.3 kilobases (kb) and 210 kb. With DNA derived from human cell lines and tissues, we have characterized the MDR1 genomic sequence to be 209 kb.