發(fā)布時(shí)間：2022-01-06 06:26

　　目的綜述制霉素生物合成研究進(jìn)展。方法依據(jù)近期國(guó)內(nèi)外公開發(fā)表的57篇文獻(xiàn),將制霉素的生物合成過程研究進(jìn)展進(jìn)行分類、歸納并總結(jié)。結(jié)果與結(jié)論制霉素的生物合成是典型的I型聚酮合酶（polyketide synthetase,PKS）途徑,通過現(xiàn)代生物技術(shù)手段對(duì)其合成過程進(jìn)行修飾可以得到具有不同特性的結(jié)構(gòu)類似物。近年來,CRISPR/CAS9技術(shù)的出現(xiàn)更是為制霉素的生物合成改造提供了新的方法。結(jié)論利用生物合成改造獲得合成效率更高和種類更豐富的制霉素類物質(zhì)將具有廣泛的研究?jī)r(jià)值。 

【文章來源】：沈陽藥科大學(xué)學(xué)報(bào). 2020,37(05)北大核心CSCD

【文章頁數(shù)】：8 頁

【部分圖文】：

制霉菌素生物合成基因簇

制霉素最早是在1950年被Hazen和Brown從Streptomyces noursei的培養(yǎng)物中分離出來的[15]�，F(xiàn)有研究表明,制霉素是一種多組分混合物,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組分的產(chǎn)物。托馬斯等[17]研究了來自蘇聯(lián)、中國(guó)、匈牙利、意大利和美國(guó)等不同國(guó)家的制霉素成分,發(fā)現(xiàn)雖然其形式均符合《英國(guó)藥典》對(duì)制霉素物理化學(xué)和生物學(xué)特性的要求,但混合物中制霉菌素A1的含量波動(dòng)幅度較大,可從3.8%到78%不等。1959年,我國(guó)科學(xué)研究工作者從廣東土壤中分離得到一株制霉素產(chǎn)生菌,隨后被命名為金色鏈絲菌( S.aureus A94)[18]。當(dāng)時(shí)認(rèn)為國(guó)產(chǎn)制霉素與國(guó)外制霉素是相同的[19],但經(jīng)現(xiàn)代分析鑒定方法確證后發(fā)現(xiàn)兩者的主要組分含量有所不同,國(guó)外制霉素產(chǎn)品的主要成分是制霉菌素A1,而國(guó)產(chǎn)制霉素的主要成分是制霉菌素A3和多真菌素B[20],且國(guó)產(chǎn)制霉素對(duì)霉菌有較好的抑制作用。隨后我國(guó)于1965年開始自主生產(chǎn)制霉素[21]。最近,夏煥章課題組發(fā)現(xiàn)Streptomyces ahygroscopicus除了能產(chǎn)生四霉素,還能產(chǎn)生制霉菌素A1[22]。與制霉素結(jié)構(gòu)相似的還有兩性霉素B,兩性霉素B是由結(jié)節(jié)鏈霉菌(Streptomyces nodosus)產(chǎn)生的[23]。與制霉素不同,兩性霉素B為七烯化合物,是目前治療深部真菌感染的首選藥物,其生物合成基因簇與制霉素也極為相似。NPP也是制霉素的結(jié)構(gòu)類似物,它是由稀有放線菌自體假單胞菌(Pseudono cardiaauto trophica KCTC9441)產(chǎn)生[24]。與制霉素相比,NPP具有獨(dú)特的二糖結(jié)構(gòu),更高的溶解度和較低的溶血活性,在保留了約50%的針對(duì)白色假絲酵母菌的抗真菌活性條件下,其水溶性可提高300倍左右。

ABC轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白(ATP-binding cassette transporter)廣泛存在于抗生素的合成基因簇中。李涵等[34]通過對(duì)具有6個(gè)跨膜片段的四個(gè)跨膜結(jié)構(gòu)區(qū)NysH、AmphH、PimA、TetrTII的氨基酸序列進(jìn)行比對(duì),發(fā)現(xiàn)其跨膜區(qū)氨基酸序列相似性高達(dá)79.19%,說明合成基因簇內(nèi)的這些ABC轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白確實(shí)與抗生素的轉(zhuǎn)運(yùn)密切相關(guān)。在S.noursei ATCC11455中也發(fā)現(xiàn)了2個(gè)預(yù)測(cè)的編碼ABC轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白的基因nysG和nysH[28],但二者的氨基酸序列相似度僅為27%[34]。類似的現(xiàn)象在兩性霉素和匹馬霉素合成過程中也有存在,例如兩性霉素(amphG和amphH)和匹馬霉素(pimA和pimB)。目前尚不明確為何上述基因簇中同時(shí)存在兩個(gè)不同的ABC轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白,研究人員認(rèn)為這兩個(gè)基因可能通過形成異構(gòu)二聚體而行使轉(zhuǎn)運(yùn)功能[35]。制霉菌素的生物合成過程存在四種重要的調(diào)節(jié)因子,分別是nysRI、nysRII、nysRIII和nysRIV,在兩性霉素代謝途徑中也存在著與制霉菌素相對(duì)應(yīng)的調(diào)控基因amphRI和amphRIV[36]。其中nysRI、nysRII和nysRIII被推測(cè)屬于LAL(large ATP-binding regulators of the LuxR family)家族調(diào)節(jié)因子,而nysRIV則屬于PAS-LuxR家族調(diào)節(jié)因子[37](圖4)。nysRI、nysRII和nysRIII編碼的蛋白高度相似,在這三種蛋白中,C端都含有與Lux調(diào)節(jié)因子的DNA結(jié)合區(qū)域HTHLux同源的DNA結(jié)合區(qū)域,而NysRI、NysRIII這兩種蛋白還具有在N端包含WalkerA和WalkerB的NTP結(jié)合區(qū)域和十四肽重復(fù)序列(tetratrico peptide repeats,TPR),這些TRPs還可以與其他蛋白相互作用,從而在轉(zhuǎn)錄調(diào)控中發(fā)揮重要作用[38]。另外,NysRIII的中心被認(rèn)為有兩個(gè)跨膜區(qū)(transmembrane,TM)。制霉菌素中另一個(gè)調(diào)控蛋白NysRIV則在C端含有DNA結(jié)合結(jié)構(gòu)域(DNA binding domain,DBD),其具有螺旋-轉(zhuǎn)角-螺旋的結(jié)構(gòu)(helix-turn-helix,HTH),而其在N端則具有PAS結(jié)構(gòu)域[39]。實(shí)驗(yàn)也證明nysRIV基因在控制制霉菌素生物合成中起著核心作用,因?yàn)閚ysRIV被破壞的突變株幾乎不產(chǎn)生制霉菌素,而當(dāng)nysRIV過表達(dá)時(shí)會(huì)導(dǎo)致制霉菌素顯著提高;此外,nysRIV可以對(duì)所有的nysR調(diào)控因子有補(bǔ)充作用。

【參考文獻(xiàn)】：
期刊論文
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