西湖大学理学院张骊駻团队Chem. Sci.：模块型聚酮天然产物挖掘的代谢-基因组学策略

学术 2024-11-24 11:02 广东

导读

近日，西湖大学理学院张骊駻团队在《Chemical Science》上发表了题为“A Metabologenomics Strategy for Rapid Discovery of Polyketides Derived from Modular Polyketide Synthases”的研究论文。

研究团队开发了一种生物信息学导向的负离子质谱分析策略，可用于模块型聚酮合酶的基因挖掘。该方法成功从一株有数十年研究历史的链霉菌株Streptomyces cattleya中发现了22个聚酮类产物，其中18个此前未报道过。这项研究为聚酮类产物的挖掘提供了一种代谢基因组学手段，有利于加速这类重要生物活性分子的发现。

西湖大学化学系特聘研究员张骊駻为文章通讯作者，理学院博士生刘润洲为文章第一作者。

天然产物是药物等诸多功能分子的重要来源。近年来，基因组导向的代谢组分析，即代谢基因组学，日渐成为挖掘微生物天然产物的有效手段。从基因序列中，我们可以直接“读出”微生物编码的天然产物合成基因簇。然而，如何在微生物代谢组中找到基因组所预测的产物，是如今天然产物发现的关键问题。对于肽类、糖苷类等有清晰质谱裂解规律的天然产物，代谢基因组学策略已经展示出良好的应用。但对于生物活性良好的模块型聚酮类产物（如红霉素、雷帕霉素等），将代谢产物和基因簇直接关联具有挑战性，其中一大瓶颈在于我们对其质谱行为，即质谱裂解规律的理解颇为有限。

对此，作者开发了一种基于负离子质量亏损过滤（NegMDF）的代谢基因组学方法，用于模块型聚酮产物的快速筛选（图1）。质量亏损是指分子的精确质量和名义质量之间的差值。如果以分子的名义质量为x轴、质量亏损为y轴，则代谢组中所有离子可以展示于一个平面坐标系中。而一个聚酮基因簇所编码的化合物离子，往往集中于坐标系的一个有限区域内。基于生物信息学分析，我们可以预测出目标基因簇相应产物所在的大致范围，即质量亏损过滤窗口（MDF window）。采用该窗口对代谢组数据进行筛选，可将目标产物的候选离子数量从数百个减小至数十个，达到可人为分析的水平。

图1. 质谱导向的模块I型聚酮天然产物发现策略。（a）经典的代谢组学方法；（b）本研究发展的NegMDF代谢基因组学方法

候选离子结构鉴别需要进一步的靶向二级质谱分析。为此，作者收集了文献中报道的222个聚酮产物的二级质谱图，从而系统总结了模块聚酮类化合物的质谱学特征，并将裂解反应与基因簇特征进行了关联。有趣的是，作者发现负离子模式下，聚酮类化合物的源内裂解被显著抑制。因此负离子模式被用于后续筛选的标准条件，该策略因此被命名为NegMDF。

为验证该方法的性能，作者将该策略用于一株链霉菌S. cattleya中模块型聚酮产物的挖掘（图2，图3）。针对含有模块型聚酮合酶的3个基因组区域，作者分别表征了13个cattlemycin类聚酮， 7个butyrolactol类聚酮，以及2个新颖聚酮产物，命名为cattleyatetronate。这类产物具有一种罕见的羟乙酰乙酸内酯（tetronate）骨架，可能蕴含着与该家族其他成员不同的生物合成机制。

图2. NegMDF策略用于cattlemycin和butyrolactol类聚酮的挖掘

图3. NegMDF策略发现了新类型的聚酮天然产物cattleyatetronate

总而言之，本研究发展了一种简便、高效的代谢基因组学筛选策略，能够快速发现微生物中隐藏的模块型聚酮天然产物。

西湖大学分子科学公共实验平台对本研究提供了帮助。本研究得到了西湖大学未来产业研究中心、浙江省重点研发计划项目以及国家自然科学基金的支持。

来源：西湖大学

http://mp.weixin.qq.com/s?__biz=MzAwODA5MjQ3Ng==&mid=2653292733&idx=4&sn=0f3a716f094c3579d83e4fa5248f6f28

化学加

业界明星号，投稿 gongjian@huaxuejia.cn；合成化学产业资源聚合服务平台，SixMol 仪器设备供应商；央视两次报道，化学加APP已编入大学教科书。

最新文章

【招聘】广州医科大学赵军锋课题组诚聘博士后

广州医科大学赵军锋课题组“炔酰胺缩合试剂的发现与进展”综述

仅需1分钟，抽取百份“Accepted!”抱枕！

Nat. Chem. | 中国科大黄汉民教授课题组建立烷基胺动态排序新范式——Huang-Complex应用研究取得重要进展

2024菠萝科学奖揭晓！10个脑洞超大的研究获奖了！

兰州大学研究团队在卤水战略元素精确识别与高效分离领域取得新进展

一篇JACS三篇Angew！中国石油大学（华东）孙道峰教授团队在晶态多孔吸附剂和分离膜研究方面取得系列进展

【求购报价】精细化学品、原料药、医药中间体、试剂样品求购、化合物定制

兰州大学舒兴中课题组JACS：钛催化天然糖苷C-OH键选择性自由基活化与C-糖基化反应

【招聘】诚聘化学领域青年学者、硕博研究生、博士后、科研助理、高级科学家、工程师、项目负责人

Angew | 兰州大学王育华教授团队在激光显示用红色发光材料的研究领域取得重要研究进展

西湖大学理学院张骊駻团队Chem. Sci.：模块型聚酮天然产物挖掘的代谢-基因组学策略

2024慕尼黑上海分析生化展圆满闭幕

Angew | 辽宁大学张思文、尹博思团队水系镁离子储能系统研究新进展

江南大学焦星辰教授/陈庆霞副教授再发Angew：界面工程诱导C−C偶联促进光还原空气浓度CO₂制C₂H₄

218人！2024年度化学领域“全球高被引科学家”名单

Nature！南京大学黄小强团队推动光酶领域到复杂多组分转化

西安交通大学大四本科生，独立一作发ACS Nano！

北京师范大学吴立明/陈玲课题组Angew：氢键“类点击反应”构建大双折射材料

广西大学徐传辉教授团队在橡胶基柔性功能复合材料研究领域取得重要进展

【分析检测】光谱、色谱、质谱、导热仪、环境、固废、食品、化妆品检测

化学加SixMol仪器设备：加热磁力搅拌器、旋蒸、隔膜真空泵、低温循环泵、洗瓶机

北京大学裴坚教授、上海交通大学张万斌教授荣获“宝钢优秀教师特等奖”

中国科大昨日连发两篇Nature，今日再发Science！

中山大学谭庚文课题组Nat. Chem.：室温稳定的三线态氮宾的分离与表征

总投资4.28亿元！重庆博圣制药原料药绿色化、智能化高端生产场地建设项目

揭牌！黔南州磷化工及新型储能材料产业技术高等研究院正式成立

ACS Catal.：浙江师范大学邓卫平团队双环[1.1.0]丁烷环加成反应构建氮杂双环[3.1.1]庚烷骨架领域新进展

【直播】19:00 | 南开大学化学学院王粉粉副教授：《核磁共振波谱：探索微观世界的慧眼》

【产品商城】化工原料、化学试剂、医药中间体、原料药、涂料染料、精细化学品

兰州大学2024年青年学者“黄河论坛”及兰州大学化学化工学院博士后青年学者分论坛

中国科大，同一天两篇Nature！

阜阳师范大学教师在光催化CO₂转化研究方面取得新进展

国家药监局通告50批次不符合规定化妆品

山东省精细化工产业高质量发展行动方案（2025—2027年）（征求意见稿）

【指南】注册入驻化学加网：精细化工医药产品、技术、招聘、求购、定制合成

冬天里的一股清流，大会获得单个企业过百万元的赞助！破纪录！

中国石油大学（华东）曾景斌课题组Angew：单体合成-框架组装一体化策略构筑同系拓扑HOFs用于全氟辛酸检测

西湖大学段乐乐团队Angew：无金属湿化学法合成石墨单炔及其衍生物

第四届天然产物合成和药物先进制造方法国际研讨会顺利举行

99人！第十八届中国青年科技奖颁奖

四川大学薛卫超课题组JACS：多层次手性Zn4L4金属有机笼的构建及应用

Nat. Commun. | 同济大学刘国锋课题组发现路径导向的手性反转调控新机制

天津理工大学叶宁教授团队Science Advances：磷属红外非线性光学晶体设计新策略

南方科技大学徐明华：铑(I)催化的烷基卡宾的不对称B-H插入

西安交大费强团队在低碳合成生物制造领域取得重要进展

广州医科大学阮志雄/胡新伟团队在电化学多肽修饰方面取得新进展

厦门大学郑南峰院士和秦瑞轩副教授团队在多相催化选择性加氢领域取得新进展

【直播】11月19-20日 | 2024年 Horizons 研讨会

Angew：铜催化C(sp³)-H α-乙酰化反应实现季碳中心的构建

分类

时事

民生

政务

教育

文化

科技

财富

体娱

健康

情感

旅行

百科

职场

楼市

企业

乐活

学术

汽车

时尚

创业

美食

幽默

美体

文摘

原创标签

时事社会财经军事教育体育科技汽车科学房产搞笑综艺明星音乐动漫游戏时尚健康旅游美食生活摄影宠物职场育儿情感小说曲艺文化历史三农文学娱乐电影视频图片新闻宗教电视剧纪录片广告创意壁纸头像心灵鸡汤星座命理教育培训艺术文化金融财经健康医疗美妆时尚餐饮美食母婴育儿社会新闻工业农业时事政治星座占卜幽默笑话独立短篇连载作品文化历史科技互联网

发布位置

广东北京山东江苏河南浙江山西福建河北上海四川陕西湖南安徽湖北内蒙古江西云南广西甘肃辽宁黑龙江贵州新疆重庆吉林天津海南青海宁夏西藏香港澳门台湾美国加拿大澳大利亚日本新加坡英国西班牙新西兰韩国泰国法国德国意大利缅甸菲律宾马来西亚越南荷兰柬埔寨俄罗斯巴西智利卢森堡芬兰瑞典比利时瑞士土耳其斐济挪威朝鲜尼日利亚阿根廷匈牙利爱尔兰印度老挝葡萄牙乌克兰印度尼西亚哈萨克斯坦塔吉克斯坦希腊南非蒙古奥地利肯尼亚加纳丹麦津巴布韦埃及坦桑尼亚捷克阿联酋安哥拉