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萜类

  今天,代谢工程范围顶级期刊 Metabolic Engineering《代谢工程》(影响因子:8.201)正在线楬橥武汉大学药学院邓子新院士团队刘天罡教讲课题组的最新推敲收获《高效的萜类化合物底物需要平台助力开释萜类环化酶生物合成潜力》(Releasing the potential power of terpene synthases by a robust precursor supply platform)。该项推敲收获是刘天罡熏陶提出的“定向合成代谢”(Targeted Anabolism)外面技能系统的又一打破性推敲收获。该职责将合成生物学和代谢工程的使用畛域拓展到自然产品发掘范围。信誉娱乐平台这一新战术的提出使得萜类骨架化合物及其生物合成元件的发掘速率得到了打破性的发展,能够正在很大水平上避免对已知化合物的反复发掘。同时也使得人们对萜类合酶生物合成才具的了解提拔到一个新的高度,具有通常的使用性。

  萜类化合物是最主要的一类自然产品,知名的青蒿素和紫杉醇都属于这一家族。然而,目前推敲职员对萜类化合物生物合成相干元件的发掘还远远亏损。个中,萜类环化酶(terpene cyclase)也许催化分歧链长的异戊二烯单位合成单环或者众环的萜类化合物中央骨架,是萜类化合物组织众样性的本原。于是,发掘新的萜类环化酶是拓展萜类化合物组织众样性的一个决议性步伐。古代的自然产品发掘设施平日受限于本身或异源外达宿主的产品合成才具,仅能对个中重要产品举行发掘判定,正在很大水平上隐藏了萜类环化酶的生物合成潜力。于是,拓荒一个高效的萜类化合物生物合成元件及其产品发掘平台是加快萜类化合物相干推敲经过的要害所正在。

  为此,刘天罡教讲课题组对丝状真菌起源的I型萜类环化酶举行编制发育领悟,涌现第三个(clade III)进化分支上的萜类环化酶具有底物及反响杂泛性(promiscuous)的潜质。推敲职员从丝状真菌Fusarium graminearum J1-012基因组中筛选出两个肃静外达的位于 clade III进化分支的萜类环化酶FgMS和FgGS。体外反响结果显示两个酶具有空前的底物和反响杂泛性,也许以香叶基焦磷酸(GPP)、法尼基焦磷酸(FPP)、香叶基香叶基焦磷酸(GGPP)以及香叶基法尼基焦磷酸(GFPP)为底物合成众品种型的萜类化合物。且个中的FgMS是一个嵌合酶(chimeric enzyme),同时具有萜类环化酶和异戊烯基转动酶(prenyl

  transferase)组织域,也许以异戊烯焦磷酸(IPP)和烯丙基焦磷酸(DMAPP)为底物合成分歧链长的萜类化合物。随后,推敲职员正在前期对萜类化合物“定向合成代谢”长远了解的本原上,构修了一个含有3个分歧模块(底物需要模块,分歧异戊二烯前体合成模块,萜类合酶模块)的萜类化合物组合生物合成平台,推敲两个酶合成萜类化合物的潜力。最终结果显示,他们也许合成众达50种单萜、倍半萜、二萜以及二倍半萜化合物。对个中的12个产品举行判定并从中筛选出7个新的二萜和二倍半萜化合物,个中包罗有3个新骨架化合物(图1)。显示了两个酶巨大的萜类化合物合成才具以及该组合生物合成平台的高效性。

  图1. 组合生物合成战术辅导的具有底物及反响杂泛性萜类环化酶及新(骨架)产品的高效发掘

  为了加快萜类化合物发掘经过,推敲职员对个中的FgMS举行同源修模,并对其活性口袋邻近潜正在的非落伍氨基酸位点举行领悟并发展理性的定点突变。

  体外推敲结果显示,F65L和F159G位点的突变也许给与FgMS新的产品合成才具,合成6个潜正在新的二倍半萜化合物,这将正在很大水平上丰盛裕限的二倍半萜化合物骨架的数目。随后推敲职员对个中1个重要产品举行发酵、纯化并判定其为新的二倍半萜类化合物。该组合生物合成贯串酶的理性改制战术使得推敲职员也许富裕发掘FgMS和FgGS的生物合成潜力。相较于古代的自然产品发掘门径,信誉娱乐平台涌现的新(骨架)化合物的数目和出力获得了极大的提拔。

  别的,推敲职员对通用卵白数据库(UniProt)中真菌起源的I型萜类环化酶举行编制发育领悟,从中筛选获得321个位于clade III的萜类环化酶,为后续具有潜正在底物及反响杂泛性萜类环化酶及新产品的发掘指通晓对象。将极大地加快新的萜类化合物生物合成元件及产品的发掘经过并加深咱们对该类萜类环化酶的了解。该战术还能够火速实行到其它自然产品的发掘经过中去,将希望打倒古代的自然产品发掘格式。论文的推敲职责重要由博士生卞光凯和武汉臻智生物科技有限公司工程师韩以超(共一作)等达成。

  主办单元:中邦科学院性命科学与生物技能局 中邦生物工程学会 中邦科学院微生物推敲所


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