微生物中自抗性基因导向的基因组挖掘及其在天然产物发现中的应用

微生物可以产生结构多样、活性显著的次级代谢产物，为新药发现提供了丰富的化合物资源。然而传统的研究模式已难以满足微生物源新药发现的需求，迫切需要新的研究模式。随着基因组时代的到来，研究人员开发了一系列基因组挖掘策略，探索了基因组导向的天然产物发现新模式。其中，基于自抗性基因的天然产物发掘策略显示出广阔的前景。在自然界的生存斗争中，自抗性是保证产生毒性天然产物的微生物“杀敌不伤己”的关键。研究发现，这种自抗性基因还可为基因组挖掘及天然产物活性发现提供有效线索。综述总结了微生物中主要的自抗性机制、基于自抗性基因的基因组挖掘策略及其在天然产物发现中的应用；同时对相关生物信息学工具进行了简述，以期为新颖结构活性天然产物的发现提供新思路。     

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。     

海洋药物—生态功能及其应用于海洋生物药研究的展望

海洋存在大量的生物多样性品种,以往人类主要从海洋生物资源中获得蛋白质,近年来,天然产物化学家开始从大量的海洋无脊椎动物如海绵,被囊动物,苔藓虫类及其其它如海藻等发现生物活性次生代谢产物,多种该类化合物具有强生物活性如抗肿瘤并已应用于临床研究,部分化合物则具有保护植物,（如天然杀虫剂）和作为天然化妆品配方的功能,本报告将报道具有新药开发前景的海洋天然产物的发展动态。在海洋中,生物活性分子通常作为化学保护以对抗环境的不利因素如被鱼软体动物吞噬,或竞争生存空间,本文将讨论从海绵中分到的天然产物的对鱼类的强拒食活性,众所周知,海洋无脊椎动物通常于各种海洋微生物包括细胞菌,真菌或微藻共生,这些微生物可能存在于细胞外,细胞内或存在于宿主细胞的核内,从结构特征看,海洋微生物可能参加了海洋无脊椎动物的代谢过程,因此,海洋天然产物化学家开始热衷于微生物天然产物－新药研究先导化合物的新资源的研究。     

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。     

微生物天然产物生物及化学信息学最新进展

摘要：微生物天然产物一直是药物开发的重要源泉，而且目前仍是新结构天然产物的重要来源。但随着微生物天然产物基数的增加，重复发现已经成为制约其发展的主要因素，而基于生物信息学和化学信息学建立起来的基因组挖掘技术是解决这一问题的关键。近年来天然产物相关信息学研究一直处于加速发展阶段，为了使天然产物研究者能够及时了解并选择性使用这些信息学工具，以提高新化合物的发现效率，本文对近两年来微生物天然产物研究领域相关的信息学工具进行了综述。     

海洋来源的放线菌次级代谢产物及其生物活性

放线菌是迄今最重要和最大的药用微生物种群。海洋放线茵生存于苛刻特殊的海洋环境，使其具备了复杂独特的代谢途径，其次级代谢产物在结构类型以及在生物活性等方面都呈现出与陆生放线茵不同的特点和多样性。多年来，诸多结构新颖、生物活性显著的天然活性产物持续从海洋来源放线茵代谢产物中被发现，这些活性化合物为新药研究提供了丰富的先导化合物，有些已进入研发阶段。近年，海洋放线茵活性产物的研究仍然是海洋微生物产物研究中值得关注的一个热点。本文按化舍物结构类型简要介绍了海洋来源放线茵代谢产物及其生物活性的研究概况。     

抗分枝杆菌植物天然产物研究进展

由分枝杆菌引起的感染是人类健康的巨大威胁。目前,多种结核分枝杆菌和非结核分枝杆菌对临床抗分枝杆菌药物具有较高的耐药性。中药治疗分枝杆菌感染具有悠久历史。例如,中药材狼毒已应用于抗结核分枝杆菌的治疗。非中药来源的植物中,也蕴含丰富的抗分枝杆菌成分。这些植物来源的天然产物具有较好的结构多样性,是开发抗分枝杆菌药物的潜在来源。本文综述了近年来在中药和其他非中药来源植物中发现的,具有良好抗分枝杆菌活性的化合物或提取物,并介绍了它们的作用机制。这些活性植物天然产物为新抗分枝杆菌药物的发现提供了化合物库。同时,这些植物天然产物结构与现有抗分枝杆菌药物具有显著的差别,研究其作用机制,也可发现新的抗分枝杆菌靶标。     

基于多学科交叉的天然产物研究新策略

<正>天然产物主要来源于植物和微生物，是植物和微生物长期进化和适应环境的结果，有助于植物和微生物与其他物种竞争和抵御昆虫侵害等。天然产物是药物最重要的来源，约50%的小分子药物来自天然产物。2015年，诺贝尔生理学或医学奖授予了我国药学家屠呦呦、爱尔兰科学家坎贝尔和日本科学家大村智，以表彰他们对植物来源的青蒿素和真菌来源的阿维菌素的研究所做出的伟大贡献，天然产物的研究大有可为。     

《中国天然药物》杂志2020年征订启事

《中国天然药物》(Chinese Journal of Natural Medicines,CJNM)是由中国药科大学与中国药学会共同主办、科学出版社出版的国家级药学学术期刊,刊物以报道来自天然产物活性化合物的发现与研究,其药效与药理作用机制为重点,内容包括中药与天然药物的分离鉴定/活性筛选、药理学机制研究、生化与微生物药学、药物分析与药代动力学、天然药物资源等,是具有我国独特优势的中药、草药、海洋药物、微生物药物、生化药物、民族药物进行国际交流的重要窗口。     

海洋放线菌次级代谢产物及其抗菌、抗病毒、抗肿瘤活性研究进展

放线菌是发现大量药用天然产物的资源宝库,在微生物新药研究中占据着十分重要的地位。海洋放线菌生活环境特殊造就了其不同于陆地微生物独特的代谢途径,具有产生多种生物活性物质的潜力,是天然药用活性先导化合物的重要来源。从不同海洋生境来源放线菌的次级代谢产物中寻找生物活性物质已成为近年来的研究热点。目前已经分离到许多结构新颖、活性显著的化合物,为新药的研究提供了丰富的物质基础。本文主要对近3年（2015～2017）不同海洋生境来源且具有明显抗菌、抗病毒、抗肿瘤生物活性的放线菌次级代谢产物进行综述。     

PPtase高表达菌株Streptomyces ghanaensis的发酵及其产物cytoxazone的发现

天然产物是新药发现的重要源泉。然而，由于大多数天然产物的生物合成途径在实验室培养的情况下处于沉默状态，因此需要对其生物合成调控环节进行干预，从而使微生物激活其自身的生物合成。在前期工作中，本研究发展了一种高效激活沉默天然产物的方法。通过在微生物体内过表达磷酸泛酰巯基乙胺基转移酶(phosphopantetheinyl transferase, PPtase)，可以高效激活一系列沉默天然产物的生物合成。基于该工作基础，本研究从一株PPTase过表达的嘎纳链霉菌Streptomyces ghanaensis CGMCC 4.1967中，发现了一个新的激活天然产物。经分离后通过结构鉴定该产物为Th2细胞Ⅱ型细胞因子细胞特异性抑制剂cytoxazone。Cytoxazone此前是在一株分离自广岛的链霉菌(Streptomyces sp.)的发酵液中发现，其在嘎纳链霉菌中为首次发现。本研究的结果证实了S. ghanaensis CGMCC 4.1967可以产生cytoxazone。这部分工作将对阐明此类重要天然产物的生物合成机制，并对其进行合成生物学改造以获得更好活性的细胞因子抑制剂建立基础。     

基于微生物互作的新天然产物发掘研究进展

在自然界中，微生物以群落状态生存，通过物种内或物种间的相互作用，不断重塑生态关系来实现共同进化。这种相互作用促使微生物合成大量复杂的次级代谢产物作为通讯工具或者化学武器，来适应环境变化，这些小分子则是药物发现的重要源泉。微生物共培养技术通过模拟自然生态关系，激活沉默基因簇来促进新型天然产物的发现。综述基于不同共培养体系的微生物天然产物挖掘最新进展，重点介绍微生物之间的相互作用机制以及沉默基因簇激活的分子机制，为微生物天然产物的化学多样性挖掘提供参考。     

微生物生物活性卤代化合物的研究进展

迄今为止,已从微生物中分离得到了163个具有细胞毒、抗细菌、抗真菌等生物活性的卤代天然产物。本文综述了这些卤代化合物的微生物来源、结构及其生物活性。海洋微生物是卤代天然产物的主要生产者(占49%),而真菌更能利用培养基中的卤离子合成卤代化合物(占61%);氯代化合物和含氮卤代化合物是活性卤代天然产物的主要类型,分别占92%和47%,印证了氮是一种主要的生命元素;微生物卤代天然产物主要表现为细胞毒和抗菌等抗生活性(占69%),表明微生物为了适应或抵御极端环境(高盐、寡营养)而产生的卤代化合物往往具有细胞毒和抗菌作用。     

基于OSMAC与非靶向代谢组学的小链霉菌HCCB10043活性化合物挖掘

目的 基于OSMAC理念与非靶向代谢组学发现、鉴定小链霉菌产生的活性化合物。方法 通过改变培养基配方，结合抗菌活性检测与UPLC-HRMS技术，借助MS-MS数据解析、化合物库检索等手段分析并初步鉴定小链霉菌HCCB10043发酵产生的诺卡胺类化合物与Collismycin类化合物，并通过基因序列比对找到其生物合成基因簇。结果 在小链霉菌HCCB10043的M1培养基发酵提取物中发现了四个诺卡胺类物质(A-D)，其中化合物A为新化合物；在M7培养基发酵提取物中发现了三个Collismycin类物质(E-G)。结论 诺卡胺类与Collismycin类化合物均是首次在小链霉菌中发现的具有抗菌活性的次级代谢产物。该结果进一步扩展了小链霉菌的代谢产物组，为提高其主要活性产物—重要抗生素达托霉素前体—A21978C化合物的产量提供理论基础；另一方面挖掘多样化的微生物天然活性产物，为新药研究提供化合物基础。     

开发微生物来源天然产物的新技术

微生物在药物的开发中具有十分重要的作用,主要表现在微生物的次级代谢产物具有结构多样性、活性广泛性和临床有效性,其中许多化合物或其衍生物已经成为临床治疗多种疾病的药物。开发微生物来源的天然产物包括寻找新资源和革新新技术。本文介绍微生物药物的优点和局限性,获得更多微生物资源的途径以及微生物药物研发中5种新技术的应用,并探讨了各自的局限性。     

微生物源抗耐甲氧西林金黄色葡萄球菌天然产物的研究进展

耐甲氧西林金黄色葡萄球菌(MRSA)是目前临床上感染严重的耐药性细菌之一，给人类健康造成了巨大威胁。万古霉素为目前治疗MRSA感染的最后一道防线，但耐万古霉素金黄色葡萄球的出现使对治MRSA新型药物的开发迫在眉睫。微生物是巨大的天然化合物宝库，曾为现代抗生素工业提供了多数主力抗生素。新近研究表明，微生物源天然产物有着良好的对治MRSA的生物活性，有些已经被开发为临床治疗MRSA感染的一线药物。本文从MRSA耐药机理，新型MRSA治疗药物研究的意义，到目前常用治疗MRSA的药物，尤其针对来源于微生物拮抗MRSA的天然产物研究进行了综述，并对未来发展趋势进行了展望。     

来源于天然产物的抗肿瘤先导结构研究进展

肿瘤严重威胁人类生命健康,因此发现新结构类型、新作用机制、更有效的抗肿瘤药成为当务之急。天然产物在抗肿瘤药物发现过程中有着重要的作用和意义。综述几种具有抗肿瘤活性的天然产物,重点阐述其作用机制、抗肿瘤活性及构效关系的研究进展。     

基于肠道菌群发现用于治疗Treg缺失免疫缺陷病的新药

目的肠道菌群紊乱与机体多种免疫失衡疾病的发生密切相关,如自身免疫性疾病、肿瘤和代谢综合征等。正是由于肠道菌群的稳定对人体健康至关重要,因此肠道微生态药物已经成为了现在研究与发展的热门产业。本研究挖掘肠道菌群及其代谢产物,发现可用于治疗Treg缺失免疫缺陷病的益生菌和天然产物。方法利用16S r DNA测序技术对Treg缺失介导的自身免疫性疾病模型小鼠的肠道菌群进行检测;用代谢组学技术检测模型小鼠肠道菌群代谢组谱的变化;用分子生物学、基因敲除小鼠等研究益生菌和代谢物作用的分子机制。结果在Treg缺失介导的免疫缺陷病模型小鼠上,肠道菌群发生了严重的紊乱。根据肠道菌群和代谢组谱的变化,选择罗伊氏乳酸杆菌(L. reuteri)和代谢产物肌苷处理Treg缺失小鼠,L. reuteri和肌苷通过激活腺苷受体A2AR抑制了Treg缺失引起的自身免疫性疾病。结论肠道菌群含有大量的微生物以及产生的许多独特代谢产物,可以作为新型天然药物的重要源泉,用于发现治疗自身免疫性疾病、肿瘤等疾病的新型益生菌和活性天然产物。     

海鞘微生物来源活性次级代谢产物研究进展

海鞘作为海洋药物的重要源泉,从中分离的8%的活性化合物被认为源自其共附生微生物。近年来,海鞘微生物来源次级代谢产物因其新颖的化学结构和显著活性而逐渐受到关注,在海洋药物研发中具有广阔的前景。本文综述了1994~2022年初报道的150个新的海鞘微生物天然产物的来源、化学结构及其生物活性,结构类型主要包括聚酮类、生物碱类、萜类和肽类等,并展望了海鞘微生物天然产物的发展方向。     

Carfilzomib:从天然产物到药物的研发历程

天然产物及其衍生物是药物的重要来源。Carfilzomib是一个以天然产物为先导通过结构优化得到的用于治疗多发性骨髓瘤的药物,其先导化合物Epoxomicin是从微生物中发现的具有抗癌活性的环氧酮肽类天然产物,能够选择性地抑制蛋白酶体,其环氧酮结构以独特的两步反应和蛋白酶体共价结合,因此克服了同类药物的脱靶缺点。以Epoxomicin为先导,通过结构优化得到活性更强、成药性性更好的Carfilzomib,作为新一代蛋白酶体抑制剂于2012年上市。