课题基金 / 基金详情

伯克氏菌中新型非核糖体脂肽的定向挖掘与途径解析

批准号:
32070060
项目类别:
面上项目
资助金额:
58.0 万元
负责人:
卞小莹
依托单位:
学科分类:
微生物组学与代谢
结题年份:
2024
批准年份:
2020
项目状态:
已结题
项目参与者:
卞小莹

项目摘要

结项摘要

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中文摘要
非核糖体脂肽是由非核糖体多肽合成酶(NRPS)指导合成的,在其聚肽链N端带有脂肪酸链的一类化合物,脂肪酸链可进入细菌细胞膜的磷脂双分子层,因此通常具有广泛的生物活性。脂肪酸链与聚肽链氨基的缩合反应通常是由特殊的起始缩合(Cs)结构域负责完成,因此识别Cs结构域可定向挖掘非核糖体脂肽。基因组序列分析显示伯克氏菌基因组中仍有大量编码非核糖体脂肽的NRPS基因簇有待挖掘。基于前期在伯克氏菌中建立的高效基因组编辑技术和基因簇异源表达体系,本项目拟系统分析伯克氏菌中带有Cs结构域的NRPS基因簇,优选具有潜在生物活性的新型脂肽基因簇;综合利用本源菌基因簇激活和异源表达策略挖掘新型非核糖体脂肽,鉴定其化学结构,探讨其生物功能;利用基因敲除结合酶催化反应解析新颖脂肽的生物合成途径。本项目有助于深入挖掘伯克氏菌合成次级代谢产物的能力,为开发具有自主知识产权的新型药物提供物质基础,积累基因簇资源和催化元件。
英文摘要
Nonribosomal lipopeptides are non-ribosomal peptide synthetases (NRPSs) directed linear or cyclic oligopeptides containing a lipid tail on the N-terminus of the peptide. The lipid chain can enter the phospholipid bilayer of bacterial cell membranes, which endows lipopeptides a wide range of biological activities. The condensation reaction of fatty acid chain and polypeptide chain is usually catalyzed by a special starter condensation (Cs) domain, so the recognizing Cs domain can direct the targeted mining of nonribosomal lipopeptides. Genomic sequence analysis shows that there are still a large number of NRPS gene clusters encoding nonribosomal lipopeptides in the genomes of Burkholderiales to be tapped. Based on our previous efforts on the efficient genome editing technology and gene cluster heterologous expression system of biosynthetic gene clusters in Burkholderiales species, this project intends to systematically analyze the NRPS gene cluster with the Cs domain in Burkholderiales species to prioritize biosynthetic gene clusters encoding novel nonribosomal lipopeptides with potential bioactivities; comprehensively use the homologous activation and heterologous expression strategies to activate nonribosomal lipopeptides, identify their chemical structure, and explore their biological functions; harness gene knockout and enzyme-catalyzed reactions to elucidate the biosynthetic pathways of novel lipopeptides. This project is conducive to deeply mine the biosynthetic potential of Burkholderiales to synthesize secondary metabolites, and provide materials, gene cluster resources and catalytic elements for the development of new drugs with independent intellectual property rights.
非核糖体脂肽是由非核糖体多肽合成酶(NRPS)指导合成的,在其聚肽链N端带有脂肪酸链的一类具有广泛生物活性的化合物。本项目通过系统分析伯克氏菌中带有起始缩合(Cs)结构域的NRPS基因簇,利用前期在伯克氏菌中建立的高效基因组编辑技术和基因簇异源表达体系,挖掘和鉴定了伯克氏菌株Schlegelella brevitalea中的glidomide和glidonin、Paraburkholderia caribensis 中的caribactin、Chitinimonas koreensis 中的chitinimide、以及Burkholderia gladioli 中的burriogladiodin和haereogladiodin等新型非核糖体脂肽6类,并发现其具有抗肿瘤、铁载体等活性,显示了伯克氏菌作为非核糖体脂肽来源的潜力。进而,利用基因敲除结合酶催化反应解析新颖脂肽的生物合成途径,阐明了Glidomide中非天然氨基酸羟基化组氨酸和羟基化天冬氨酸的不同生物合成机制,并揭示了NRPS中新型端口结构域的功能与作用机制;解析了Glidonin的C末端腐胺基团的引入机制,并通过结构域替换在其他非核糖体肽C末端引入腐胺基团提高了其生物活性和水溶性;揭示了burriogladiodin/ haereogladiodin生物合成途径中一类能够在C末端装载额外苏氨酸的硫酯酶结构域的作用机制;鉴定了chitinimide生物合成途径中一类能够在C末端装载不同大小基团的特殊硫酯酶结构域;这些研究成果拓展了对非核糖体肽合成酶的结构域多样性的认识,进一步阐明了非核糖体肽合成酶的多样性机制,有助于深入理解非核糖体脂肽的生物合成过程,为开发改造策略产生更多衍生物用于药物筛选奠定理论基础。项目资助下负责人为(共同)通讯作者在Nat Commun (2篇)、Angew Chem、ACS Synth Biol、Chem Euro J、Molecules和Eng Microbiol等国际学术期刊发表论文7篇;以第一作者申请和授权中国发明专利2项,培养研究生6名。
以根菌素为模型的trans-AT PKS型聚酮类药物的组合生物合成研究
  • 批准号:
    32371488
  • 项目类别:
    面上项目
  • 资助金额:
    50万元
  • 批准年份:
    2023
  • 负责人:
    卞小莹
  • 依托单位:
一个用于表达黏细菌天然产物的底盘菌的优化及应用
  • 批准号:
    31670098
  • 项目类别:
    面上项目
  • 资助金额:
    62.0万元
  • 批准年份:
    2016
  • 负责人:
    卞小莹
  • 依托单位:
创新霉素生物合成途径的阐释和异源表达
  • 批准号:
    31500033
  • 项目类别:
    青年科学基金项目
  • 资助金额:
    21.0万元
  • 批准年份:
    2015
  • 负责人:
    卞小莹
  • 依托单位:
国内基金
海外基金