制霉素生物合成研究进展
发布时间：2022-01-06 06:26
目的综述制霉素生物合成研究进展。方法依据近期国内外公开发表的57篇文献,将制霉素的生物合成过程研究进展进行分类、归纳并总结。结果与结论制霉素的生物合成是典型的I型聚酮合酶（polyketide synthetase,PKS）途径,通过现代生物技术手段对其合成过程进行修饰可以得到具有不同特性的结构类似物。近年来,CRISPR/CAS9技术的出现更是为制霉素的生物合成改造提供了新的方法。结论利用生物合成改造获得合成效率更高和种类更丰富的制霉素类物质将具有广泛的研究价值。
【文章来源】：沈阳药科大学学报. 2020,37(05)北大核心CSCD
【文章页数】：8 页
【部分图文】：
制霉菌素生物合成基因簇
制霉素最早是在1950年被Hazen和Brown从Streptomyces noursei的培养物中分离出来的[15]。现有研究表明,制霉素是一种多组分混合物,包括制霉菌素A1(nystatin A1)、制霉菌素A3(nystatin A3)和多真菌素B(polyfungin B)[16]。由于基因型不同,不同的S.noursei菌株可以合成具有不同比例组分的产物。托马斯等[17]研究了来自苏联、中国、匈牙利、意大利和美国等不同国家的制霉素成分,发现虽然其形式均符合《英国药典》对制霉素物理化学和生物学特性的要求,但混合物中制霉菌素A1的含量波动幅度较大,可从3.8%到78%不等。1959年,我国科学研究工作者从广东土壤中分离得到一株制霉素产生菌,随后被命名为金色链丝菌( S.aureus A94)[18]。当时认为国产制霉素与国外制霉素是相同的[19],但经现代分析鉴定方法确证后发现两者的主要组分含量有所不同,国外制霉素产品的主要成分是制霉菌素A1,而国产制霉素的主要成分是制霉菌素A3和多真菌素B[20],且国产制霉素对霉菌有较好的抑制作用。随后我国于1965年开始自主生产制霉素[21]。最近,夏焕章课题组发现Streptomyces ahygroscopicus除了能产生四霉素,还能产生制霉菌素A1[22]。与制霉素结构相似的还有两性霉素B,两性霉素B是由结节链霉菌(Streptomyces nodosus)产生的[23]。与制霉素不同,两性霉素B为七烯化合物,是目前治疗深部真菌感染的首选药物,其生物合成基因簇与制霉素也极为相似。NPP也是制霉素的结构类似物,它是由稀有放线菌自体假单胞菌(Pseudono cardiaauto trophica KCTC9441)产生[24]。与制霉素相比,NPP具有独特的二糖结构,更高的溶解度和较低的溶血活性,在保留了约50%的针对白色假丝酵母菌的抗真菌活性条件下,其水溶性可提高300倍左右。
ABC转运蛋白(ATP-binding cassette transporter)广泛存在于抗生素的合成基因簇中。李涵等[34]通过对具有6个跨膜片段的四个跨膜结构区NysH、AmphH、PimA、TetrTII的氨基酸序列进行比对,发现其跨膜区氨基酸序列相似性高达79.19%,说明合成基因簇内的这些ABC转运蛋白确实与抗生素的转运密切相关。在S.noursei ATCC11455中也发现了2个预测的编码ABC转运蛋白的基因nysG和nysH[28],但二者的氨基酸序列相似度仅为27%[34]。类似的现象在两性霉素和匹马霉素合成过程中也有存在,例如两性霉素(amphG和amphH)和匹马霉素(pimA和pimB)。目前尚不明确为何上述基因簇中同时存在两个不同的ABC转运蛋白,研究人员认为这两个基因可能通过形成异构二聚体而行使转运功能[35]。制霉菌素的生物合成过程存在四种重要的调节因子,分别是nysRI、nysRII、nysRIII和nysRIV,在两性霉素代谢途径中也存在着与制霉菌素相对应的调控基因amphRI和amphRIV[36]。其中nysRI、nysRII和nysRIII被推测属于LAL(large ATP-binding regulators of the LuxR family)家族调节因子,而nysRIV则属于PAS-LuxR家族调节因子[37](图4)。nysRI、nysRII和nysRIII编码的蛋白高度相似,在这三种蛋白中,C端都含有与Lux调节因子的DNA结合区域HTHLux同源的DNA结合区域,而NysRI、NysRIII这两种蛋白还具有在N端包含WalkerA和WalkerB的NTP结合区域和十四肽重复序列(tetratrico peptide repeats,TPR),这些TRPs还可以与其他蛋白相互作用,从而在转录调控中发挥重要作用[38]。另外,NysRIII的中心被认为有两个跨膜区(transmembrane,TM)。制霉菌素中另一个调控蛋白NysRIV则在C端含有DNA结合结构域(DNA binding domain,DBD),其具有螺旋-转角-螺旋的结构(helix-turn-helix,HTH),而其在N端则具有PAS结构域[39]。实验也证明nysRIV基因在控制制霉菌素生物合成中起着核心作用,因为nysRIV被破坏的突变株几乎不产生制霉菌素,而当nysRIV过表达时会导致制霉菌素显著提高;此外,nysRIV可以对所有的nysR调控因子有补充作用。
【参考文献】：
期刊论文
[1]两性霉素B合成基因簇及其组合生物学进展[J]. 张博,张海东,周奕腾,黄恺,柳志强. 科技导报. 2017(19)
[2]甲硝唑与制霉菌素联合用药方案治疗滴虫性阴道炎的临床疗效观察[J]. 关淑艳. 蛇志. 2016(04)
[3]多烯类抗生素合成基因簇中ABC转运蛋白研究进展[J]. 李涵,刘剑波,汪谭俊,江辉,张仁炳,管文军. 微生物学通报. 2014(05)
[4]多烯大环内酯类抗生素生物合成和组合生物合成[J]. 张慧,李文利. 中国海洋药物. 2013(05)
[5]中国制霉菌素产生菌金色链丝菌S. aureus A94 S-7菌株在制霉菌素发酵滤液中微量抗细菌活性成分的初步探索[J]. 虞悝,朱宏娟,章冬梅,包雪芬,许永寿,龚伯炎,罗远辉,沈国孚. 中国医药工业杂志. 2013(08)
本文编号：3571922
【文章来源】：沈阳药科大学学报. 2020,37(05)北大核心CSCD
【文章页数】：8 页
【部分图文】：
制霉菌素生物合成基因簇
制霉素最早是在1950年被Hazen和Brown从Streptomyces noursei的培养物中分离出来的[15]。现有研究表明,制霉素是一种多组分混合物,包括制霉菌素A1(nystatin A1)、制霉菌素A3(nystatin A3)和多真菌素B(polyfungin B)[16]。由于基因型不同,不同的S.noursei菌株可以合成具有不同比例组分的产物。托马斯等[17]研究了来自苏联、中国、匈牙利、意大利和美国等不同国家的制霉素成分,发现虽然其形式均符合《英国药典》对制霉素物理化学和生物学特性的要求,但混合物中制霉菌素A1的含量波动幅度较大,可从3.8%到78%不等。1959年,我国科学研究工作者从广东土壤中分离得到一株制霉素产生菌,随后被命名为金色链丝菌( S.aureus A94)[18]。当时认为国产制霉素与国外制霉素是相同的[19],但经现代分析鉴定方法确证后发现两者的主要组分含量有所不同,国外制霉素产品的主要成分是制霉菌素A1,而国产制霉素的主要成分是制霉菌素A3和多真菌素B[20],且国产制霉素对霉菌有较好的抑制作用。随后我国于1965年开始自主生产制霉素[21]。最近,夏焕章课题组发现Streptomyces ahygroscopicus除了能产生四霉素,还能产生制霉菌素A1[22]。与制霉素结构相似的还有两性霉素B,两性霉素B是由结节链霉菌(Streptomyces nodosus)产生的[23]。与制霉素不同,两性霉素B为七烯化合物,是目前治疗深部真菌感染的首选药物,其生物合成基因簇与制霉素也极为相似。NPP也是制霉素的结构类似物,它是由稀有放线菌自体假单胞菌(Pseudono cardiaauto trophica KCTC9441)产生[24]。与制霉素相比,NPP具有独特的二糖结构,更高的溶解度和较低的溶血活性,在保留了约50%的针对白色假丝酵母菌的抗真菌活性条件下,其水溶性可提高300倍左右。
ABC转运蛋白(ATP-binding cassette transporter)广泛存在于抗生素的合成基因簇中。李涵等[34]通过对具有6个跨膜片段的四个跨膜结构区NysH、AmphH、PimA、TetrTII的氨基酸序列进行比对,发现其跨膜区氨基酸序列相似性高达79.19%,说明合成基因簇内的这些ABC转运蛋白确实与抗生素的转运密切相关。在S.noursei ATCC11455中也发现了2个预测的编码ABC转运蛋白的基因nysG和nysH[28],但二者的氨基酸序列相似度仅为27%[34]。类似的现象在两性霉素和匹马霉素合成过程中也有存在,例如两性霉素(amphG和amphH)和匹马霉素(pimA和pimB)。目前尚不明确为何上述基因簇中同时存在两个不同的ABC转运蛋白,研究人员认为这两个基因可能通过形成异构二聚体而行使转运功能[35]。制霉菌素的生物合成过程存在四种重要的调节因子,分别是nysRI、nysRII、nysRIII和nysRIV,在两性霉素代谢途径中也存在着与制霉菌素相对应的调控基因amphRI和amphRIV[36]。其中nysRI、nysRII和nysRIII被推测属于LAL(large ATP-binding regulators of the LuxR family)家族调节因子,而nysRIV则属于PAS-LuxR家族调节因子[37](图4)。nysRI、nysRII和nysRIII编码的蛋白高度相似,在这三种蛋白中,C端都含有与Lux调节因子的DNA结合区域HTHLux同源的DNA结合区域,而NysRI、NysRIII这两种蛋白还具有在N端包含WalkerA和WalkerB的NTP结合区域和十四肽重复序列(tetratrico peptide repeats,TPR),这些TRPs还可以与其他蛋白相互作用,从而在转录调控中发挥重要作用[38]。另外,NysRIII的中心被认为有两个跨膜区(transmembrane,TM)。制霉菌素中另一个调控蛋白NysRIV则在C端含有DNA结合结构域(DNA binding domain,DBD),其具有螺旋-转角-螺旋的结构(helix-turn-helix,HTH),而其在N端则具有PAS结构域[39]。实验也证明nysRIV基因在控制制霉菌素生物合成中起着核心作用,因为nysRIV被破坏的突变株几乎不产生制霉菌素,而当nysRIV过表达时会导致制霉菌素显著提高;此外,nysRIV可以对所有的nysR调控因子有补充作用。
【参考文献】：
期刊论文
[1]两性霉素B合成基因簇及其组合生物学进展[J]. 张博,张海东,周奕腾,黄恺,柳志强. 科技导报. 2017(19)
[2]甲硝唑与制霉菌素联合用药方案治疗滴虫性阴道炎的临床疗效观察[J]. 关淑艳. 蛇志. 2016(04)
[3]多烯类抗生素合成基因簇中ABC转运蛋白研究进展[J]. 李涵,刘剑波,汪谭俊,江辉,张仁炳,管文军. 微生物学通报. 2014(05)
[4]多烯大环内酯类抗生素生物合成和组合生物合成[J]. 张慧,李文利. 中国海洋药物. 2013(05)
[5]中国制霉菌素产生菌金色链丝菌S. aureus A94 S-7菌株在制霉菌素发酵滤液中微量抗细菌活性成分的初步探索[J]. 虞悝,朱宏娟,章冬梅,包雪芬,许永寿,龚伯炎,罗远辉,沈国孚. 中国医药工业杂志. 2013(08)
本文编号：3571922
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