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海洋微生物天然产物具有高度的化学结构和生物活性多样性，是新药研发的重要资源。对于特定类型活性化合物，如何获得丰富的衍生物以研究构效关系，对于先导化合物结构优化至关重要。除了化学合成方法外，生物合成方法被认为具有独特的优势，可利用细菌和真菌作为“细胞工厂”生成高产和多样化的目标化合物。生物合成方法包括前体导向生物合成(precursor-directed biosynthesis)、诱变合成［mutasynthesis，也称为突变生物合成(mutational biosynthesis)］和组合生物合成(combinational biosynthesis)等。
芳基丁内酯是一类常见于曲霉属(Aspergillus)和青霉属(Penicillium)等真菌的天然产物，其典型代表为土曲霉(A.terreus)产生的丁内酯I。芳基丁内酯的生源前体4-HPPA的合成涉及预苯酸脱氢酶和酪氨酸转氨酶。而通过不同的手段敲除或抑制这些4-HPPA合成的关键酶，可能是实现芳基丁内酯突变生物合成的关键。相对于目前不太多的芳基丁内酯生物合成报道，利用前体类似物、酶抑制剂来干扰4-HPPA的合成以获得丁内酯衍生物是一种新的衍生化思路，而且在技术上可能比敲除该前体的生物合成酶基因更简单易行，比完全随机的从不同来源菌株寻找该类化合物或改变培养条件的“单菌株多化合物”策略也更理性。近日，《生物技术通报》在线发表了题为《仿突变生物合成调控对土曲霉C23-3次生代谢产物的影响》的研究报告。本研究基于突变生物合成的思路(通常是通过天然前体合成基因的突变或敲除)，试图在了解丁内酯I生物合成周期的基础上，建立一种“仿突变生物合成”策略，即在合适时间点加入4-HPPA生物合成关键酶(预苯酸脱氢酶、酪氨酸转氨酶)小分子抑制剂的同时，加入4-HPPA的类似物，以期能抑制主体产物丁内酯I的合成，并进而利用菌株丁内酯合成酶系得到不同的芳基丁内酯类衍生物，为该类化合物的结构拓展寻找一种新途径；同时也希望了解在主体产物受抑制的条件下，菌株次生代谢产物的变化。
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2.1 菌株在不同培养时间下特征产物丁内酯I的产量变化2.2 菌株在酶抑制剂或诱导剂作用下丁内酯I及次级代谢总产物量的变化2.3 酶抑制剂和前体小分子诱导剂单独/联合作用对菌株生长形态和次生代谢的影响实验结果显示，菌株C23-3在酪氨酸氨基转移酶抑制剂苯乙肼硫酸盐（PS）以及酶抑制剂组合（预苯酸脱氢酶抑制剂NTSP+PS）作用下，丁内酯I的生成受到了显著的抑制，其中组合抑制更强，此结果验证了前人提出的4-HPPA为丁内酯I的生物合成前体的理论。
高浓度前体类似物DHPPA单独作用、两种酶抑制剂与高浓度DHPPA联合作用均极大抑制了丁内酯I的产生，但同时未发现促进其他丁内酯类化合物的生成，推测原因可能是：人工前体DHPPA作为天然前体4-HPPA相似物，通过负反馈抑制了4-HPPA的生成或与其存在竞争，但DHPPA不能被丁内酯I合成的相关酶利用产生新的丁内酯衍生物。
推测真菌的NRPS-like酶的结构域有可能接受不同的底物产生多样化的产物。而本文实验中，前体类似物DHPPA可能与丁内酯I生物合成途径中具有一定程度底物杂泛性的相关酶结合，与天然前体4-HPPA竞争，抑制4-HPPA与酶的结合及后续生物合成，进而影响丁内酯I的产量；但DHPPA与酶结合后可能无法进一步被催化合环实现新丁内酯衍生物的产生，导致丁内酯类化合物多样性无明显变化。因此DHPPA可能并非最合适用于芳基丁内酯突变生物合成的人工底物。
本研究也发现在丁内酯I合成受抑制条件下，土曲霉的土震素、洛伐他汀等多数次生代谢产物的合成也受到明显抑制，这可能和丁内酯I作为一种群体感应分子可以上调全局性转录因子laeA的表达，进而促进菌丝体形态分化、孢子产生以及包括丁内酯I自身、洛伐他汀、硫赭曲菌素在内的多种次生代谢生物合成的功能有关。但本研究也发现化合物18和20（可能为尚未报道的真菌环肽）尤其是后者的产量反而大幅上调，推测可能是对该条件胁迫的一种应激反应；而真菌环肽类通常具有新颖的结构和丰富的生物活性，是值得研究开发的药物分子资源；而压制丁内酯I合成的方式也可用于该环肽的生产调控。另外，压制丁内酯整体次生代谢下调的现象，也提示在未来研究中或可以在培养物中人为添加丁内酯I，以促进多样化次生代谢产物的产生。
本研究表明丁内酯I的前体确为对羟基苯丙酮酸，3,4-二羟基苯丙酮酸及对羟基苯丙酮酸合成酶抑制剂可用作抑制丁内酯I合成的小分子工具，以用于仿突变生物合成的进一步探索以获得多样化丁内酯衍生物，也可诱导产生环肽类化合物。
《生物技术通报》是由中国农业科学院农业信息研究所主办、生物工程技术领域高水平综合性学术期刊，由知名科学家谢旗研究员担任期刊主编。主要报道与农业科学相关的国内外生物技术领域最新基础研究成果，致力于为学术共同体打造学术成果传播和交流的优秀平台。目前是中文核心期刊、中国科技核心期刊，入选CSCD核心库、RCCSE核心，“百种中国杰出学术期刊” “中国精品科技期刊” “中国科技期刊卓越计划”入选期刊。![]()
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