十六元大环内酯查尔霉素和阿德加霉素的生物合成机制研究_唐小龙、安亚楠著_9787122432827

本书主要介绍十六元大环内酯抗生素查尔霉素和阿德加霉素的生物合成机制研究过程与结果，尤其是其结构中的查尔糖和阿德加糖的生物合成机制研究。首先归纳总结了常见的天然十六元大环内酯化合物的研究现状、天然糖基生物合成机制研究及其在天然产物糖基化修饰中的应用现状。然后细致介绍了查尔霉素和阿德加霉素生物合成基因簇的发现和生物合成途径的推测，以及在查尔糖生物合成途径中首次发现以 4-脱氧糖为作用底物的 TylF 家族O-甲基转移酶，在阿德加糖生物合成中一种全新的碳酸酯生物合成机制的发现过程与相关研究成果。本书对从事放线菌天然产物（尤其是大环内酯类化合物）生物合成研究的相关人员有一定的参考价值和借鉴意义。

糖基化修饰对天然产物的生物活性至关重要，可改变化合物的水溶性以及与靶点的直接结合方式和结合位点。因此糖基化修饰一直以来都是新药开发中的重要结构修饰方法。十六元大环内酯类抗生素由十六元大环内酯骨架和一定数量的糖基构成，是抗生素的重要组成部分，可是其作用被更为著名的十四元大环内酯类（红霉素类）抗生素所遮蔽。因此该类型抗生素主要作为兽药使用，只有很少一部分成功用于人类临床治疗，但相对于十四元大环内酯抗生素，十六元大环内酯显示出一定的优势：具有更好的胃肠耐受性、更低的耐药性发生率以及通过肽隧道的延伸达到允许额外的相互作用实现对某些耐药菌株的活性等。
本研究以两种伴生的十六元大环内酯查尔霉素和阿德加霉素为研究对象，主要阐明其中特殊糖基的生物合成机制。查尔霉素和阿德加霉素是两类具有相同十六元大环内酯环骨架的大环内酯抗生素，两者的主要差异在于内酯环C-5位取代的糖基不同：查尔霉素为查尔糖（D-chalcose），阿德加霉素为阿德加糖（D-aldgarose）或脱碳酸酯阿德加糖（decarbohydrate D-aldgarose）。查尔霉素的生物合成基因簇早前已被发现，其十六元大环内酯骨架和C-20位连接的阿洛糖（D-mycinose）的生物合成途径已被阐明，而查尔糖和阿德加糖的生物合成机制尚不明确。
本研究通过全基因组测序找到了与已报道查尔霉素生物合成基因簇高度一致的基因簇，然后通过基因信息分析以及基因敲除与回补实验，在该基因簇的下游发现了9个基因（almCⅠ～almDⅢ）与阿德加霉素合成有关，证实了两者由同一基因簇合成，同时也解释了查尔霉素和阿德加霉素总是相伴而生的根本原因。本研究同时利用基因敲除与回补实验，结合体外酶催化实验阐明了查尔糖和阿德加糖的生物合成途径。其中阿德加糖结构中碳酸酯合成机制为一全新的碳酸酯合成机制，本研究利用免疫共沉淀的方法证实与阿德加糖结构中碳酸酯合成相关的4个蛋白（AlmUⅡ～AlmUⅤ）以复合体的形式发挥作用。
本研究阐明了两种新糖基的生物合成途径，为利用组合生物合成实现化合物糖基化修饰提供了两个新的可用糖基，尤其是在大环内酯类抗生素的结构改造中适用性更强；并发现了一种全新的碳酸酯生物合成机制。
本课题来源于暨南大学药学院胡丹研究员的国家自然科学基金青年项目一种罕见支链糖阿德加糖的生物合成机制研究及其应用（81302673），也是著者唐小龙博士期间的研究课题，本研究由著者唐小龙及其协助指导的两位暨南大学药学院硕士生代萍和王巧珍共同完成。本书由唐小龙、安亚楠共同整理而成。
本书得到重庆市科技局自然科学基金（cstc2020jcyj-msxmX0849）、重庆文理学院引进人才项目（R2021SYX05和R2018SCH10）以及重庆文理学院学术专著出版资助等经费共同资助。由于著者学识水平所限，书中难免有不足之处，望读者批评指正。

唐小龙
2022年初夏

1 绪论 001
1.1十六元大环内酯类抗生素的生物合成研究现状 002
1.2糖的生物合成及在天然产物改造中的应用研究现状 015

2 Streptomyces sp.HK-2006-1主要代谢产物分离鉴定及遗传转移系统的建立 034
2.1Streptomyces sp.HK-2006-1主要代谢产物分离鉴定 035
2.2Streptomyces sp.HK-2006-1遗传转移系统的建立 043
2.3小结 046

3 阿德加霉素和查尔霉素生物合成基因簇的鉴定及边界的确定 048
3.1阿德加霉素类化合物和查尔霉素类化合物由同一基因簇合成 049
3.2全基因组测序 051
3.3基因簇边界的确定 055
3.4小结 059

4 阿德加霉素和查尔霉素生物合成基因簇基因功能分析及生物合成途径推测 060
4.1阿德加霉素类化合物和查尔霉素类化合物聚酮母核生物合成途径推测 061
4.2内酯环骨架后修饰推测 063
4.3脱氧糖生物合成途径推测 064
4.4脱氧糖与大环内酯母核组装 067
4.5阿德加霉素和查尔霉素合成相关调节基因和抗性基因 068
4.6小结 069

5 阿德加霉素和查尔霉素生物合成基因簇中关键基因的功能研究 070
5.1阿德加霉素和查尔霉素生物合成分支基因的确定 071
5.2查尔糖3-酮基还原基因的确定 076
5.3糖基转移酶基因almTⅠ的敲除验证 078
5.4小结 080

6 查尔糖3位甲基化酶的鉴定与功能研究 082
6.1查尔糖3位甲基化基因的确定 083
6.2查尔糖3位甲基化酶基因almCⅡ功能的体外研究 091
6.3新产化合物7和8的抗菌活性检测 097
6.4小结 098

7 阿德加糖碳酸酯生物合成机制研究 102
7.1阿德加糖五元碳酸酯环的形成是一种后修饰作用 103
7.2喂养实验锁定与阿德加糖五元碳酸酯环形成相关的基因范围 104
7.3与五元碳酸酯环形成相关的基因的敲除验证 106
7.4阿德加糖五元碳酸酯环生物合成相关基因底物喂养实验 112
7.5S.coelicolor系统：免疫共沉淀验证蛋白复合体 114
7.6pTNT/S.lividans蛋白质高表达系统 116
7.7化合物9的分离及结构鉴定 129
7.8小结 132

附录 135

参考文献 148

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