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Nature:林可霉素生物合成机制研究的重要突破

摘要 : 分子硫醇广泛存在于所有真核和原核生物体系中,长期以来,对其功能的理解局限于对抗各种内源性和外源性因素所引起的细胞氧化还原平衡失调。近日,中国科学院上海有机化学研究所刘文团队的发现显然突破了这一认知“禁锢”:小分子硫醇不但可以充当广为人知的“保护性”角色,而且可以前所未有地扮演“建设性”的角色用于指导和参与活性功能分子的体内组装。相关成果于2015年1月14日在线发表在《自然》杂志上。

 分子硫醇广泛存在于所有真核和原核生物体系中,长期以来,对其功能的理解局限于对抗各种内源性和外源性因素所引起的细胞氧化还原平衡失调。近日,中国科学院上海有机化学研究所刘文团队的发现显然突破了这一认知“禁锢”:小分子硫醇不但可以充当广为人知的“保护性”角色,而且可以前所未有地扮演“建设性”的角色用于指导和参与活性功能分子的体内组装。这一发现代表了洞悉小分子硫醇在生物体系中的内在功能方面所迈出的重要一步(化学生物学),对相关化学品的“生物制造”意义重大(合成生物学)。相关成果于2015年1月14日在线发表在《自然》杂志上。

刘文团队发现,两个小分子硫醇--麦角硫因(EGT)和放线硫醇(MSH)在林可链霉菌中的相互配合精确有序地导演了含硫抗感染抗生素林可霉素的生物合成。麦角硫因作为载体介导了八碳糖单元的活化、转移和修饰;而放线硫醇则与麦角硫因发生硫醇交换而成为硫元素的供体。作为位居碳、氢、氧、氮和磷之后的第六大元素,硫元素为生命所必须并广泛存在于各种生物体系中,但是对于如何将其有效引入活性功能分子的生化机制却知之甚少。小分子硫醇通过两个罕见的S-糖苷化反应主导了林可霉素的生物合成进程,不但代表了麦角硫因参与生化反应的首个范例,而且提供了一种放线硫醇依赖的硫元素引入的新模式。

林可霉素是一种高效广谱的抗感染抗生素,广泛用于对盘尼西林(青霉素)类抗生素敏感的细菌感染患者的临床治疗,市场需求巨大。我国是世界上最大的林可霉素生产国,仅以河南天方药业股份有限公司为例,年产量即在1000吨以上。和其它大宗抗生素产品的生产相似,国内林可霉素的生产企业往往面临发酵效价偏低、产品成分复杂等问题,而采用传统菌种改造的手段难以有效解决。可以预见,以硫醇化学为核心的林可霉素生物合成机制的揭示,为合理运用生物学技术针对性地遗传改造林可霉素的工业生产菌种创造了条件,提供了在发酵过程中通过组分优化与产量提高以实现降低生产成本和减轻环境污染的理论依据。另一方面,硫醇介导的单糖活化、转移和修饰模式丰富了合成生物学的手段和元件选择,预示着单糖可以和小分子羧酸与氨基酸一样作为活性功能分子的构筑单元发生“模板式”的线性聚集,从而为通过设计和创造新的生物合成途径、在“细胞工厂”中实现含糖单元的新型生物基化学品的“生物制造”奠定了分子基础。

该研究得到国家基金委和科技部的支持,也是上海有机所“三个重大”突破项目之一。

上海有机所林可霉素生物合成机制研究取得重要突破

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