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基因信息与化学结构特性指导的膦酸类天然产物的发掘
结题报告
批准号:
81273411
项目类别:
面上项目
资助金额:
67.0 万元
负责人:
赵昌明
依托单位:
学科分类:
H3403.微生物药物
结题年份:
2016
批准年份:
2012
项目状态:
已结题
项目参与者:
程林、赖崇德、吴双菊、刘立琼、陈希、朱进妹
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中文摘要
膦酸类化合物是指分子结构中含有碳磷键的化合物,膦酸类天然产物在自然界中广泛存在,但是已经鉴定结构的膦酸小分子天然产物并不多。膦酸小分子天然产物大多具有良好的生物学活性,已知的十数个化合物中就有两个被开发成药:磷霉素(抗感染药物)和草胺膦(除草剂)。膦酸类天然产物碳磷键的生物合成非常有规律,至今所知它们都是由磷酸烯醇式丙酮酸变位酶(PEP Mutase)催化的PEP分子内重排反应生成的。膦酸类化合物的碳磷键具有非常强的仪器检测特异性,核磁共振仪检测时膦酸类化合物的31P化学位移大于10 ppm,而磷酸酯类化合物的31P化学位移小于5 ppm;质谱仪检测时膦酸类化合物断裂产生的PO2-子离子比H2PO4-子离子多,而磷酸酯类化合物断裂产生的PO2-子离子比H2PO4-子离子少。据此,本项目将先进行基因筛选然后通过仪器筛选,发掘新的膦酸小分子天然产物,并鉴定其化学结构、解析其生物合成途径。
英文摘要
Phosphonates (Phns) are a group of compounds containing carbon-phosphorus (C-P) bond in chemical structures. Naturally occurring Phns are widely spread and more than a dozen of naturally occurring small molecule Phns (NOSMPs) have been identified. These NOSMPs showed excellent bioactivity against a wide range of targets.For example,Fosfomycin is clinically used as an anti-infection agent and Phosphinothricin tripeptide is agriculturally used as a herbicide. It has been shown that the mechnism of naturally occurring C-P bond biosynthesis is highly conserved.All C-P bonds are generated from a phosphoenolpyruvate (PEP) intermolecular rearrangement reaction catalyzed by PEP mutase which is encoded by pepM gene.Moreover, the readout of Phns C-P bond from both mass spectrometer (MS) and nuclear magnetic resonance spectrometer (NMR) are specific. For instance, the NMR 31P chemical shift of Phns is more than 10 ppm, while the shift of phosphates is less than 5 ppm. When analyzed by MS, fragmentation of Phns generates more PO2- daughter ions, while phosphates produce more H2PO4- daughter ions. Therefore, we propose to develop a novel method of NOSMPs identification using both pepM gene screening and NMR/MS screening. The long term goal is to characterize chemical structures as well as biosynthesis pathways of these newly identified Phns.
为了从微生物中发现新的膦酸天然产物,本研究组从西藏、祁连山、青海湖等高海拔地区采集土样78份,分离了超过2000株菌株。设计pepM基因简并引物,通过PCR筛选菌种库,得到234个pepM+的菌株。含有pepM基因的菌株发酵液,制样以后分别通过质谱和核磁共振仪检测,我们找到了WDP096,WDP299,WDP301,WDP311,WDP1699共计五个菌株。此类菌株发酵液中的目标化合物31P NMR化学位移大于10 ppm,断裂能够产生荷质比为63(PO2¬-)和79(PO3-)的子离子,母离子的分子量不与任何已知的化合物分子量相同。这表明这五个菌株能够产生新的膦酸天然产物。对WDP096的发酵液进行膦酸化合物分离、纯化和结构鉴定,我们找到了对细菌和真菌具有广泛抑杀活性的新型膦酸天然产物Phosacetamycin,将其命名为磷酰霉素。对于31P NMR检测有大于10 ppm的共振信号,但是不含有pepM基因的菌株,我们也进行了挖掘,并且发现了新的含磷天然产物硫磷酰化鸟氨酸(Nδ(N-sulfo-diaminophosphinyl)-ornithine, PSOrn)。硫磷酰化鸟氨酸能够抑制鸟氨酸氨甲酰基转移酶(Ornithine transcarbamylase)的活性,从而阻断精氨酸的合成,表现出广谱的抗菌能力。本项目阐明了硫磷酰化鸟氨酸产生菌株的自我保护机制,揭示了一个新的精氨酸补偿合成途径。对于含有pepM基因,但是NMR检测没有发现31P共振信号的菌株,我们选取了部分菌株进行高通量测序。通过对基因组草图的分析,我们发现了一系列潜在的含磷天然产物的生物合成基因簇,并对其中的一个基因簇进行了激活表达。结果表明该基因簇负责合成一个31P化学位移在10.9 ppm的含磷天然产物,分子量不与任何已知的天然产物分子量相同。我们还对母离子扫描发现新化合物的质谱方法进行了拓展应用,找到了一个新的吡咯酰胺类化合物。该新化合物是远端霉素和纺锤菌素的杂合体,但是比他们表现出更强的DNA结合活性,具有良好的肿瘤抑制潜力。
期刊论文列表
专著列表
科研奖励列表
会议论文列表
专利列表
DOI:--
发表时间:2014
期刊:氨基酸和生物资源
影响因子:--
作者:王茜;赵昌明
通讯作者:赵昌明
Characterization of AmtA, an amidinotransferase involved in the biosynthesis of phaseolotoxins.
AmtA(一种参与菜豆毒素生物合成的脒基转移酶)的表征
DOI:10.1002/2211-5463.12071
发表时间:2016-06
期刊:FEBS open bio
影响因子:2.6
作者:Li M;Chen L;Deng Z;Zhao C
通讯作者:Zhao C
Mining of the pyrrolamide antibiotics analogs in Streptomyces netropsis reveals the amidohydrolase-dependent "iterative strategy" underlying the pyrrole polymerization.
Netropsis链霉菌中的吡咯酰胺抗生素类似物的挖掘揭示了吡咯聚合的基于的酰胺水解酶依赖性的“迭代策略”。
DOI:10.1371/journal.pone.0099077
发表时间:2014
期刊:PloS one
影响因子:3.7
作者:Hao C;Huang S;Deng Z;Zhao C;Yu Y
通讯作者:Yu Y
Ornithine Transcarbamylase ArgK Plays a Dual role for the Self-defense of Phaseolotoxin Producing Pseudomonas syringae pv. phaseolicola.
鸟氨酸转氨甲酰酶 ArgK 在产生菜豆毒素的丁香假单胞菌的自卫中发挥双重作用。
DOI:10.1038/srep12892
发表时间:2015-08-10
期刊:Scientific reports
影响因子:4.6
作者:Chen L;Li P;Deng Z;Zhao C
通讯作者:Zhao C
单核非血红素铁酶PenD催化不活泼碳原子间的去饱和反应:五配位碳正离子Vs氢隧穿
  • 批准号:
    --
  • 项目类别:
    面上项目
  • 资助金额:
    54万元
  • 批准年份:
    2022
  • 负责人:
    赵昌明
  • 依托单位:
以磷连氮霉素Fosfazinomycin为模型的天然产物联氨基团的生物合成机制研究
  • 批准号:
    --
  • 项目类别:
    面上项目
  • 资助金额:
    60万元
  • 批准年份:
    2020
  • 负责人:
    赵昌明
  • 依托单位:
以磷酸酰胺Phaseolotoxin为模型的微生物天然产物氮磷键生物合成研究
  • 批准号:
    31670030
  • 项目类别:
    面上项目
  • 资助金额:
    60.0万元
  • 批准年份:
    2016
  • 负责人:
    赵昌明
  • 依托单位:
放线菌中膦酸三肽K-26的生物合成研究
  • 批准号:
    31200037
  • 项目类别:
    青年科学基金项目
  • 资助金额:
    23.0万元
  • 批准年份:
    2012
  • 负责人:
    赵昌明
  • 依托单位:
国内基金
海外基金