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微生物代谢国重室
生命科学技术学院
上海交通大学
生物信息学
 
发表文章    Published an article
AAC, Biochimie, AMB等国际刊物相继发表我室钙霉素生物合成研究取得一系列新进展  
    前期本室的吴秋林博士等对钙霉素 (Calcimycin/A23187) 的生物合成基因簇报道之后 (Wu, et al. Antimicrobial Agents and Chemotherapy , 2011), 最近,吴秋林博士和博士生苟丽霞等又分别从甲基转移酶CalM的功能 (Wu, et al. Biochimie, 2013) 和钙霉素衍生物的合成 (Gou, et al. Applied Microbiology and Biotechnology, 2013)工作进行了深入研究。
     钙霉素是一种非常重要的聚醚类抗生素, 特异结合二价金属阳离子(Ca2+、Mg2+等)形成螯合物,不仅具有抗革兰氏阳性菌的作用,还是哺乳动物细胞的氧化磷酸化的解偶联剂和ATP酶的抑制剂,甚至引起细胞凋亡。我们通过体内中断基因calM的突变株中分离到的Calcimycin中间体化合物,利用高分辨质谱及核磁共振鉴定其结构是N-demethyl A23187。体内和体外实验证实了CalM酶参与Calcimycin生物合成过程中苯丙噁唑环的后修饰,催化N-demethyl A23187的转甲基反应。并以纯化的N-demethyl A23187为底物研究了CalM的酶反应动力学参数,研究结果参见链接2。该研究为今后利用分子生物学设计手段和定向进化策略,将生物合成中已知的酶改造优化成满足工业化应用的新酶奠定基础。
     通过LC-MS及NMR核磁数据分析calB1-B3 基因中断突变株积累的两种中间化合物,其结构保留了Calcimycin结构中的吡咯环和螺旋环,缺失了苯丙噁唑环。该研究表明calB基因与苯丙噁唑环的前体化合物3-羟基邻氨基苯甲酸的合成相关。体外喂养calB1突变株,五种3-羟基邻氨基苯甲酸的结构类似物,共得到四种结构新颖的Calcimycin衍生物,用LC-MS及NMR核磁分析得到新衍生物的结构,并对其抑菌活性进行了测定。该研究第一次阐明了苯丙噁唑环的形成是由三羟基邻氨基苯甲酸先形成酰胺键连于螺旋环上。Calcimycin中间体的结构表明,通过形成不稳定的二羟基半缩醛,然后再脱水形成稳定的螺旋环,为目前尚未阐明的螺旋环的形成提供了参考。该研究得到的calB1-B3缺失的突变株,为体外喂养三羟基邻氨基苯甲酸底物类似物提供了基因改造菌株,从而可以人为地通过组合生物学方法设计更多Calcimycin的结构类似物,为微生物药物应用提供更多的结构来源。
该项研究发表的相关论文列表:
Gou LX, Wu QL, Lin SJ, Li XM, Liang JD, Zhou XF, An DR, Deng ZX, Wang ZJ. Mutasynthesis of Pyrrole Spiroketal Compound by Using Calcimycin 3-Hydroxy Anthranilic Acid Biosynthetic Mutant. Applied Microbiology and Biotechnology .2013 May 20.
http://link.springer.com/article/10.1007%2Fs00253-013-4882-1
Wu QL, Gou LX, Lin SJ, Liang JD, Yin J, Zhou XF, Bai LQ, An DR, Deng ZX, Wang ZJ. Characterization of the N-methyltransferase CalM involved in calcimycin biosynthesis by Streptomyces chartreusis NRRL 3882. Biochimie. 2013 Apr 11.
http://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S0300908413001028
Wu QL, Liang JD, Lin SJ, Zhou XF, Bai LQ , Deng ZX and Wang ZJ. Characterization of the Pyrrole Polyether Antibiotic Calcimycin (A23187) Biosynthetic Gene Cluster from Streptomyces chartreusis NRRL 3882. Antimicrobial Agents and Chemotherapy (AAC),2011 Mar; 55(3):974-82.
http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed/21173184

 


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