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《大化所长链α-烯烃生物合成研究取得新进展》

  • 来源专题：中国科学院文献情报先进能源知识资源中心 |领域情报网
  • 编译者： wukan
  • 发布时间：2018-03-07

  • 近日，大化所合成生物学与生物催化创新特区研究组周雍进研究员与瑞典查尔姆斯理工大学Jens Nielsen教授合作，通过构建酵母细胞反应器，高效的合成出了长链α-烯烃。相关研究成果发表于合成生物学领域杂志《美国化学会—合成生物学》（ACS Synthetic Biology, 2018, DOI: 10.1021/acssynbio.7b00338）上。

    长链（C12―C20）α-烯烃（long-chain α-alkene）是制备生物燃料、增塑剂、高性能合成润滑油、洗涤剂和香料等多种化工产品的重要原料。目前，其主要来源于化石资源，通过石蜡裂解、烷烃脱氢及乙烯齐聚等化学工艺生产获得。

    为了拓展长链α-烯烃可持续生物合成的路线，该研究团队以酿酒酵母为宿主，通过脂肪酸脱羧反应合成长链α-烯烃。科研人员通过比较不同酶效率，发现来源于荧光假单胞菌（Pseudomonas fluorescens）的UndB酶可高效合成长链α-烯烃。此外，研究团队还通过改造脂肪酸代谢强化前体的供给，引入电子传递链，从而提高生物合成效率；通过引入α-烯烃转运蛋白，增加了长链α-烯烃的分泌，从而降低产物分离成本；通过设计动态代谢调控策略，平衡了细胞生长与产物合成，降低了代谢负担，从而提高了酿酒酵母性能。

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  • 《脂肽类天然产物Totopotensamides的生物合成研究取得新进展》
    • 来源专题：中国科学院文献情报系统—海洋科技情报网
    • 编译者：liguiju
    • 发布时间：2020-05-15
    • 中国科学院南海海洋研究所热带海洋生物资源与生态重点实验室（LMB）的研究团队在脂肽糖苷类抗生素Totopotensamides（TPMs）研究中取得新进展，研究成果近期发表于《ACS Chemical Biology》。 谭彬博士研究生和张庆波副研究员为该文章共同第一作者，张长生为通讯作者。谭彬还获得由ACS Chemical Biology专门配送的作者介绍（https://doi.org/10.1021/acschembio.0c00202）。 脂肽类天然产物是由非核糖体肽（NRPS）和聚酮（PKS）杂合途径合成的一类抗生素，结构中既含有亲水性氨基酸单元，又含有疏水性脂肪链，表现出抗菌、抗肿瘤和抗病毒等多种生物活性。早在二十世纪五十年代末，以粘菌素（colistin）和多粘菌素B（polymyxin B）为代表的脂肽类抗生素就获得了临床应用；达托霉素（daptomycin）自2003年上市以来，一直被认为是治疗由革兰氏阳性细菌引起的复杂皮肤感染和心内膜炎的最后一道屏障；另外，还有10多种脂肽类抗生素已上市或进入临床研究阶段。因此，脂肽类化合物具有良好的成药性、发展潜力和应用前景。 TPM A是从源自南海深海沉积物样品的链霉菌Streptomyces pactum SCSIO 02999中分离获得的一个脂肽糖苷类化合物，其结构中包括6个氨基酸（其中两个为非天然氨基酸）和一个含糖基化修饰的独特17碳脂肪链。前期研究中，研究团队通过转录调控策略在深海链霉菌SCSIO 02999中原位激活了TPM A的生物合成基因簇，通过转录调控策略，敲除两个负调控基因（totR3/totR5）和超表达一个正调控基因（totR1），在所获得的工程菌中实现了主产物TPM A的产量提高和一个磺酸化的新产物TPM C的分离鉴定（图1）；在糖基转移酶编码基因totG的基因敲除突变株中获得了苷元TPM B，证明了TotG负责在脂肪链上添加糖基（Organic Letters, 2017, 19, 5697-5700） 后续研究发现，原位激活的TPM A高产工程菌在传代发酵过程中不稳定，极易退化，不利于进行TPM A生物合成研究。研究人员采用细菌人工染色体（BAC）载体克隆表达策略，将TPM A基因簇在模式菌株S. lividans TK64中进行了异源表达，并通过调控基因工程和发酵条件优化使得TPM A的产量提高了约6倍，而且实现了稳定传代。TPM A中含有一个非天然氨基酸4-chloro-6-methyl-5,7-dihydroxyphenylglycine（ClMeDPG），推测其来源于前体3,5-dihydroxyphenylglycine（DPG）。DPG是一类非常重要的非天然氨基酸，是多种具有重要活性的糖肽类抗生素（如balhimycin、chloroeremomycin、vancomycin、ristocetin和teicoplanin等）的结构单元。研究人员通过DPG生物合成基因totC1-totC4的异源表达和氨基转移酶TotC4的体外生化实验阐明了DPG的合成途径，并确定了其绝对构型为S型；此外还通过基因敲除实验证明ClMeDPG生物合成中两个后修饰酶基因totH（卤化酶基因）和totM（甲基转移酶基因）的功能，并通过中间体的水解进一步确定了TPMs中DPG结构单元的绝对构型为S型，从而采用多重手段从多个角度纠正了文献报道中的R构型。但卤化酶TotH和甲基转移酶TotM对所测试的小分子底物没有催化活性。进一步进化树分析表明，TOTH和TOTM可能是在NRPS组装线上对底物行使在线修饰功能。 该研究为脂肽类天然产物TPM A的应用和开发奠定了基础，为复杂天然产物绝对构型的确定提供了新的方法和依据。 本研究得到国家自然科学基金（21472203）和广东省海洋经济发展专项基金（粤自然资合[2020]032号）的资助，前者支持TPM A的生物合成研究，后者注重TPM A相关的新药候选化合物的规模化制备和成药性评价研究。 　 相关论文信息：https://pubs.acs.org/doi/abs/10.1021/acschembio.9b00997
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  • 《广州生物院在泛素化研究取得新进展》
    • 来源专题：生物安全知识资源中心 | 领域情报网
    • 编译者：hujm
    • 发布时间：2018-03-04
    • 泛素化是指泛素(一类低分子量的蛋白质)分子在一系列特殊的酶作用下，将细胞内的蛋白质分类，从中选出靶蛋白分子，对靶蛋白进行特异性修饰的过程。泛素化在蛋白质的定位、代谢、功能、调节和降解中起着重要的作用，同时也参与了细胞周期、增殖、凋亡、分化、转移等几乎一切生命活动的调控。泛素化与肿瘤、心血管等疾病的发病密切相关。作为近年来生物化学研究的一个重大成果，泛素化成为研究、开发新药物的新靶点。 　　近日，受Nature Protocols杂志邀请，中国科学院广州生物医药与健康研究院张小飞研究组与荷兰内梅亨大学共同发表了一篇系统鉴定泛素相互作用蛋白研究方法的指南论文。根据与蛋白质底物连接的蛋白分子数量和拓扑结构，泛素化分为单泛素化、多位点单泛素化和多聚泛素化，其中同型多聚泛素化又可能细分为8个亚型。现阶段，人们对于细胞是通过哪些泛素，结合蛋白识别不同类型的多聚泛素化，仍处于个案研究，缺少系统性。 　　近年来，张小飞研究组与荷兰内梅亨大学、荷兰莱顿大学开发了一种泛素相互作用亲和富集-质谱（简称“UbIA-MS”）的方法。该方法可以全面快速鉴定来自细胞裂解液中所有泛素链的相互作用蛋白。相关的研究首先发表在Molecular Cell杂志上并受到同期杂志评论文章的高度评价。其评论文章指出，“这篇文章建立了一个新的用于研究泛素化信号通路的技术并且提供了一系列特异的二聚泛素链的相互作用蛋白。他们现在展示质谱技术也可以用于系统地鉴定泛素信号的特异相互作用蛋白。这项新技术和新发现的泛素相互作用蛋白将会促进泛素信号研究领域的发展。” 　　而在本次论文中，张小飞研究组与荷兰内梅亨大学共同发表了一篇详细介绍该方法的指南。论文介绍，UbIA-MS方法分为五个步骤。首先，点击化学合成不被去泛素化酶水解的泛素链；其次，体外亲和并纯化与泛素相互作用的蛋白；再次，将与柱子相互作用的蛋白消化为多肽；然后，运用液相色谱（LC）-质谱MS / MS进行分析；最后，通过数据分析以鉴别富集的蛋白质的差异。 　　这一方法优势是从原始的细胞裂解物中富集广泛的相互作用蛋白，这些内源表达的蛋白含有生物学相关的翻译后修饰并且以蛋白质复合物的形式存在。另外，运用这种方法，使用的化学合成的不可水解的二聚泛素体，其模拟天然的二聚泛素体不会被内源行去泛素化酶（DUB）切割断裂。 　　这一技术的应用将可以有助于深入地分析细胞是如何区分不同类型的泛素化修饰。同时，该篇指南论文提供的数据分析软件，可以用于快速地分析其他蛋白质谱相关数据，同时给出出不同类型的数据图表。
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