中國科學院南海海洋研究所熱帶海洋生物資源與生態重點實驗室研究員張長生團隊在脂肽糖苷類抗生素Totopotensamides（TPMs）研究中取得新進展。相關研究近日發表在美國化學會期刊《ACS化學生物學》上。
脂肽類天然產物是由非核糖體肽和聚酮雜合途徑合成的一類抗生素，結構中既含有親水性胺基酸單元，又含有疏水性脂肪鏈，表現出抗菌、抗腫瘤和抗病毒等多種生物活性。脂肽類化合物具有良好的成藥性、發展潛力和應用前景。
TPM A是從源自南海深海沉積物樣品的鏈黴菌Streptomyces pactum SCSIO 02999中分離獲得的一個脂肽糖苷類化合物，其結構中包括6個胺基酸（其中兩個為非天然胺基酸）和一個含糖基化修飾的獨特17碳脂肪鏈。
前期研究中，研究人員通過轉錄調控策略在深海鏈黴菌SCSIO 02999中原位激活了TPM A的生物合成基因簇，通過轉錄調控策略，敲除兩個負調控基因（totR3/totR5）和超表達一個正調控基因（totR1），在所獲得的工程菌中，實現了主產物TPM A的產量提高和一個磺酸化的新產物TPM C的分離鑑定；在糖基轉移酶編碼基因totG的基因敲除突變株中獲得了苷元TPM B，證明了TotG負責在脂肪鏈上添加糖基。
後續研究發現，原位激活的TPM A高產工程菌在傳代發酵過程中不穩定，極易退化，不利於進行TPM A生物合成研究。研究人員採用細菌人工染色體載體克隆表達策略，將TPM A基因簇在模式菌株S. lividans TK64中進行了異源表達，並通過調控基因工程和發酵條件優化使得TPM A的產量提高了約6倍，而且實現了穩定傳代。TPM A中含有一個非天然胺基酸（ClMeDPG），推測其來源於前體（DPG）。DPG是一類非常重要的非天然胺基酸，是多種具有重要活性的糖肽類抗生素的結構單元。
研究人員通過DPG生物合成基因totC1—totC4的異源表達和氨基轉移酶TotC4的體外生化實驗，闡明了DPG的合成途徑並確定了其絕對構型為S型；此外通過基因敲除實驗證明ClMeDPG生物合成中兩個後修飾酶基因（滷化酶基因和甲基轉移酶基因）的功能，並通過中間體的水解進一步確定了TPMs中DPG結構單元的絕對構型為S型，從而採用多重手段從多個角度糾正了文獻報導中的R構型。但滷化酶基因和甲基轉移酶基因對所測試的小分子底物沒有催化活性。進一步進化樹分析表明，滷化酶基因和甲基轉移酶基因可能是在非核糖體肽組裝線上對底物行使在線修飾功能。
該研究為脂肽類天然產物TPM A的應用和開發奠定了基礎，為複雜天然產物絕對構型的確定提供了新的方法和依據。
相關論文信息：https://doi.org/10.1021/acschembio.9b00997
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