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重磅:萘啶霉素生物合成途徑中的自抗性機(jī)制

閱讀次數(shù)：1229 發(fā)布時(shí)間：2018/12/27 10:51:43

    恒遠(yuǎn)報(bào)道:細(xì)菌通過次級(jí)代謝產(chǎn)生具有生物活性的抗生素從而清除異己，爭(zhēng)奪環(huán)境中的資源，那抗生素產(chǎn)生菌如何避免抗生素對(duì)自身產(chǎn)生傷害呢？近期，中國(guó)科學(xué)院上海有機(jī)化學(xué)研究所生命有機(jī)化學(xué)國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室研究員唐功利課題組在高活性天然產(chǎn)物萘啶霉素（NDM）的生物合成研究過程中，發(fā)現(xiàn)了一個(gè)分泌型、FAD依賴的氧化還原酶NapU在胞外氧化無活性前體生成具有生物活性的萘啶霉素，隨后還可以進(jìn)一步氧化萘啶霉素使其失活。相關(guān)成果近期發(fā)表在《美國(guó)國(guó)家科學(xué)院院刊》上（PNAS 2018,115:11232-11237）。

    萘啶霉素屬于四氫異喹啉家族天然產(chǎn)物，該家族抗生素因其良好的抗腫瘤和抗菌活性備受研究者們的關(guān)注。它們均具有藥效官能團(tuán)——半縮醛胺，其中羥基通過質(zhì)子化脫水，伴隨氮原子給出孤對(duì)電子形成親電性亞胺物種，形成亞胺的碳原子易被鳥嘌呤中的N-2位親核進(jìn)攻從而有效地烷基化DNA。

    基因敲除發(fā)現(xiàn)基因napU失活的突變株發(fā)酵產(chǎn)生無半縮醛胺羥基的中間體5。體外酶活測(cè)試表明NapU能迅速氧化化合物5生成NDM (1)；而隨著反應(yīng)時(shí)間的延長(zhǎng)，NDM緩慢地轉(zhuǎn)化為具有酰胺結(jié)構(gòu)的化合物7。通過對(duì)野生型萘啶霉素產(chǎn)生菌的發(fā)酵產(chǎn)物進(jìn)行時(shí)間梯度監(jiān)測(cè)，發(fā)現(xiàn)發(fā)酵產(chǎn)物NDM和化合物7的產(chǎn)量變化與體外酶活測(cè)試結(jié)果一致。

    以大腸桿菌作為測(cè)試菌，發(fā)現(xiàn)化合物5和7的活性遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于NDM。

    基于這些實(shí)驗(yàn)結(jié)果，該團(tuán)隊(duì)提出這種胞外氧化活化產(chǎn)生抗生素和進(jìn)一步氧化失活過程可能是產(chǎn)生菌的一種自抗性機(jī)制。隨后結(jié)合突變和標(biāo)記實(shí)驗(yàn)提出了可能的反應(yīng)機(jī)理；通過Western-Blot和蛋白質(zhì)譜方法對(duì)野生型菌株表達(dá)的分泌蛋白NapU進(jìn)行捕捉和定量，質(zhì)譜成像顯示與中間體及產(chǎn)物存在顯著時(shí)空相關(guān)性；而表達(dá)NapU的大腸桿菌對(duì)NDM顯示明顯的抗性。

    該研究揭示了一種原核生物罕見的“胞內(nèi)藥效團(tuán)失活-前藥外泌與成熟-胞外藥效團(tuán)再生-宿主周邊活性抗生素濃度調(diào)控”復(fù)雜而精巧的時(shí)空隔離自抗性機(jī)制，進(jìn)一步暗示了鏈霉菌富含復(fù)雜多樣的胞外生理與生化。

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