东乡野生稻内生链霉菌PRh3中Beta-咔啉生物碱Kitasetaline/Novkitasetaline的发掘与新颖生物合成机制的研究
批准号:
32060021
项目类别:
地区科学基金项目
资助金额:
37.0 万元
负责人:
谢运昌
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:
谢运昌
中文摘要
东乡野生稻内生菌Streptomyces sp. PRh3激活后能够生产含S-乙基-N-乙酰半胱氨酸特殊结构的Beta-咔啉生物碱Kitasetaline及其具有良好抗疟原虫活性的新色胺衍生物Novkitasetaline,相关生物合成途径具有显著的菌株特异性,其所含有的新颖咔啉骨架合成和后修饰机制及催化酶极具研究价值。鉴于此,本项目拟通过开展:1)生物合成基因(簇)的体内失活和反式回补鉴定与异源表达分析;2)构建的各基因工程菌株中代谢中间体和结构衍生物的分离鉴定及活性优选;3)骨架合成Pictet-Spenglerase(PS酶)、含C-S键侧链组装催化酶及酰胺键合成酶等关键酶的发现与酶学机理研究等工作,阐明Kitasetaline/Novkitasetaline独特的生物合成机制,发掘具有自主知识产权的药用先导化合物与生物催化剂,促进我国特有的东乡野生稻内生放线菌资源的综合利用。
英文摘要
Kitasetaline and its new antiplasmodial tryptamine derivative Novkitasetaline are two beta-carboline alkaloids containing rare S-ethylated N-acetylcysteine moiety. These two compounds, isolated from the activated endophytic Streptomyces sp. PRh3 derived from Dongxiang wild rice, are biosynthesized through strain-specific beta-carboline backbone assemble line and post-modification pathway. To study this distinct mechanism of Kitasetaline/Novkitasetaline biosynthesis, we plan i) to identify the essential biosynthetic genes in vivo, by gene inactivation, gene trans complementation and heterologous expression of gene (cluster); ii) to isolate and identify intermediates and derivatives from generated mutant strains, combined with bioactivity evaluation of these obtained molecules; iii) to biochemically characterize the Pictet-Spenglerase responsible for beta-carboline skeleton formation and other enzymes involved in S-ethylated N-acetylcysteine moiety (C-S bond) formation and uploading tryptamine. In addition, our innovative research could generate new drug leads and biocatalysts with independent intellectual property rights. This will facilitate the utilization of endophytic actinomycetes as invaluable resources from Dongxiang wild rice.
本项目通过构建系统的放线菌生物合成研究平台,鉴定了东乡野生稻内生链霉菌Streptomyces sp. PRh3内的Beta-咔啉生物碱类次级代谢产物的生物合成基因簇skl;推导了对应的kitasetaline/novkitasetaline生物合成路径,初步分析了核心Pictet-Spenglerase(PS酶)SklB;定位了 skl下游与novkitasetaline生成相关的酰胺基合成酶编码基因sklA2。发掘了包括kitasetaline/novkitasetaline在内的6个代谢产物;评价了新产物novkitasetaline的抗恶性疟原虫活性,及另2个新产物JBIR-135/136的神经保护活性,通过上述实践较为系统完成了kitasetaline/novkitasetaline的发掘与生物合成机制的研究工作。此外本项目利用上述研究体系同步建立了链霉菌S. albovinaceus DSM 40136的遗传操作体系并激活该菌株生产环二肽;合作发掘了链霉菌S. parvus 1268内的carpatamide类产物;合作开发了东乡野生稻生境链霉菌Streptomyces sp. FZ201的邻苯二甲酸酯(phthalate acid ester/PAE)生物降解潜能;合作完成了糖基转移酶PmHAS与KfoC的自组装固定化开发。通过上述多方面研究工作的开展与执行,基本达到了本项目的预期目标,并为后续工作奠定扎实基础。
国内基金
海外基金