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《天津工业生物所在“头-碰-中”萜类合成酶研究中取得新进展》

  • 来源专题：中国科学院文献情报制造与材料知识资源中心 | 领域情报网
  • 编译者： yangrui
  • 发布时间：2016-11-15

  • 萜类化合物是自然界中数量最大的化合物，存在于几乎所有生物体中，并扮演着重要的结构性（如细胞膜上的胆固醇）和功能性（如光合作用中所需的类胡萝卜素）的角色。有些萜类化合物与病原菌的致病性相关（如金黄色葡萄球菌的金黄色色素），还有些被发现具有药用价值（如紫杉醇和青蒿素）。萜类化合物的基础架构由最小单位为五个碳的异戊烯基焦磷酸与二甲基烯丙基组成，遵 循 “ 异戊二烯规则 ” 以 “ 头 - 碰 - 尾 ”“ 头 - 碰 - 头 ”“ 头 - 碰 - 中 ” 或其他方式，组合成从十个到超过五千个碳单元的各类化合物。负责合成萜类架构的萜类 合成酶为此领域最重要的研究热点。研究不同萜类合成酶的催化机理，是非常重要的科学问题，也为重要萜类化合物的生物合成及代谢工程改造提供了重要的理论基础。 　　中国科学院天津工业生物技术研究所郭瑞庭研究员 、...

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相关报告

  • 《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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  • 《中国科学院海洋研究所在微藻生物能源研究中取得产氢耦合产油的新进展》
    • 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：2022-06-10
    • 近日，中国科学院海洋研究所实验海洋生物学重点实验室刘建国团队在微藻生物能源研究中取得产氢耦合产油的新进展，相关成果发表在学术期刊Journal of Cleaner Production上。 微藻中的绿藻因具有光合作用效率高、生长周期短、高产生物能源与二氧化碳减排相耦合等特点，被认为是生产可再生能源的理想生物资源。以往绿藻产能的研究重点关注于光合产氢和生物柴油两个不同侧面的单独研究，一方面，绿藻光合产氢和油脂积累的诱导模式不同，前者为硫限制而后者则为氮限制；另一方面，产氢与产油在需求能量物质NADPH上存在竞争，传统上认为二者之间存在相互竞争关系，此消彼长难以兼顾，因而鲜见同一藻株协同产氢与油脂积累的报道。 海洋所藻类生物技术团队筛选出一株原壳小球藻（Chlorella protothecoides），可在氮限制条件下产氢，其产氢量与传统缺硫诱导下的经典模式藻株莱茵衣藻相当，在密闭隔氧+氮限制可诱导原壳小球藻同步光合产氢和油脂积累，其机制为：（1）氮限制使光合暗反应关键酶Rubisco降解，造成光合光反应电子和能量（NADPH）的积累，进而诱导活性氧产生；（2）在此状态下，细胞呼吸耗氧大于光合放氧，在密闭条件下产生厌氧环境，诱导氢酶活化，光合作用光反应过剩电子大量流向氢酶，实现高效光合产氢；（3）厌氧发生后，缺氧抑制呼吸电子传递，反馈抑制TCA循环，造成脂肪酸合成底物乙酰辅酶A积累。细胞中乙酰辅酶A和NADPH的积累为油脂合成提供了底物和能量，同时活性氧的大量产生可诱导油脂合成相关酶的高表达，进而有利于油脂的积累。因此原壳小球藻可在高效光合产氢的同时实现油脂大量积累。 该研究同时兼顾光合产氢和油脂积累，有利于推动从单一产能向协同调控多个产能过程的转变，为降低微藻生物能源生产成本、发掘微藻开发应用潜能、提高整体生产效率提供了新思路和方法。 相关成果发表在中国科学院一区Top期刊Journal of Cleaner Production上，张立涛副研究员为论文的第一作者，刘建国研究员为通讯作者，李凌副研究员参与了相关工作。研究得到了国家自然科学基金等项目的资助。 　 论文链接： Zhang Litao, Li Ling, Liu Jianguo (2022) Enhanced biohydrogen and lipid coproduction in Chlorella protothecoides under nitrogen-limiting conditions in a closed system. Journal of Cleaner Production, 359: 132169. https://www.sciencedirect.com/science/article/abs/pii/S0959652622017759
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