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項(xiàng)目名稱： 抗生素代謝工程的基礎(chǔ)研究
推薦單位： 上海市
項(xiàng)目簡介： 項(xiàng)目屬微生物學(xué)研究領(lǐng)域，受國家自然科學(xué)基金委、科技部、上海市和國際科學(xué)基金資助，經(jīng)15年的研究所取得的系統(tǒng)性研究結(jié)果。
本研究以多株中國資源特色的、具有化學(xué)結(jié)構(gòu)和生物活性多樣性的抗生素產(chǎn)生菌遺傳操作體系為基礎(chǔ)，建立了抗生素代謝工程平臺(tái)。包括分離到井岡霉素生物合成基因簇，并通過基因異源重組裝將井岡霉素必需合成基因濃縮為8個(gè)，對2個(gè)合成基因進(jìn)行了詳細(xì)的功能分析并獲得了只積累井岡胺的工程菌；克隆了首例聚醚類抗生素南昌霉素及梅嶺霉素等7個(gè)聚酮合成基因簇，通過競爭性基因簇的缺失使南昌霉素產(chǎn)量顯著提高，闡明了聚醚類釋放的獨(dú)特機(jī)制，通過組合生物合成手段獲得了脫糖基的南昌霉素新結(jié)構(gòu)衍生物，并證實(shí)了糖基對于生物活性的重要性；克隆了首例多烯類抗真菌抗生素殺念菌素的生物合成基因簇，闡明了殺念菌素由模塊式聚酮合酶組裝合成的分子機(jī)理，提出了殺念菌素四個(gè)同系物的轉(zhuǎn)換模型，對糖基合成基因進(jìn)行的定向失活獲得8個(gè)新結(jié)構(gòu)衍生物。申請了包括國際PCT的14項(xiàng)新基因簇和新抗衍生物結(jié)構(gòu)的發(fā)明專利，為我國利用代謝工程實(shí)現(xiàn)高產(chǎn)和創(chuàng)新藥物提供了模型平臺(tái)，為抗生素藥物的組合生物合成設(shè)計(jì)提供了寶貴經(jīng)驗(yàn)，在國際生物技術(shù)舞臺(tái)上充分展示了我國在微生物藥學(xué)及其相關(guān)化學(xué)生物學(xué)領(lǐng)域的系統(tǒng)創(chuàng)新能力和潛力。
18篇論文發(fā)表在Chemistry & Biology、Molecular Microbiology、Natural Product Reports、J of Bacteriology、Appl Env Microbiolog等國際權(quán)威雜志上，并多次受邀在重要國際會(huì)議和國內(nèi)外著名研究機(jī)構(gòu)作報(bào)告，總影響因子超過80，被Science等眾多高影響因子雜志引用159次，其中他引107次，單篇最高他引27次。Science等對首例聚醚類南昌霉素生物合成基因簇、Chemical Reviews對首例多烯類殺念菌素生物合成基因簇、Nature Biotechnology的研究特寫專欄的對抗水稻紋枯病井岡霉素生物合成基因簇等進(jìn)行了深入的引用和評述。部分成果被授予04年度上海市科技進(jìn)步一等獎(jiǎng)或07年教育部自然科學(xué)獎(jiǎng)二等獎(jiǎng)。
主要發(fā)現(xiàn)點(diǎn)： (1) 率先在兩株鏈霉菌中克隆了抗水稻紋枯病井岡霉素的生物合成基因簇，并通過生物合成基因的異源重組裝和井岡霉素異源產(chǎn)生，將井岡霉素的必需合成基因濃縮為8個(gè)，為通過轉(zhuǎn)基因技術(shù)獲得抗病、抗蟲植物提供了全新來源的候選基因；對2個(gè)重要的結(jié)構(gòu)基因進(jìn)行了遺傳、生物化學(xué)、化學(xué)全方位的功能分析，并在此基礎(chǔ)上提出了井岡霉素合成新機(jī)理；通過高產(chǎn)井岡胺單一組份工程菌株的構(gòu)建，簡化了伏格列波糖等重要井岡霉素衍生物的生產(chǎn)工藝。（學(xué)科分類名稱：微生物生理學(xué)，1806120；十篇代表性論文中的相應(yīng)論文：第3、8篇）
(2) 克隆了世界上首例聚醚類抗生素南昌霉素生物合成基因簇，并在南昌鏈霉菌中同時(shí)克隆了梅嶺霉素等其他7個(gè)聚酮生物合成基因簇；通過競爭性基因簇的缺失顯著提高了南昌霉素的產(chǎn)量；發(fā)現(xiàn)了催化聚酮鏈級聯(lián)環(huán)化形成聚醚結(jié)構(gòu)的多個(gè)功能基因；通過體內(nèi)遺傳學(xué)和體外生物化學(xué)手段闡明了聚醚類線性分子釋放的獨(dú)特機(jī)制，并提出了整個(gè)抗生素生物合成組裝的分子模型；通過組合生物合成手段獲得了脫糖基的南昌霉素新結(jié)構(gòu)衍生物，并證實(shí)了糖基對于南昌霉素生物活性的重要性。（學(xué)科分類名稱：微生物生理學(xué)，1806120；十篇代表性論文中的相應(yīng)論文：第2、5、7篇）
(3) 在國際上克隆了第一例多烯類抗真菌抗生素殺念菌素的長達(dá)150kb的生物合成基因簇；闡明了殺念菌素由模塊式聚酮合酶組裝合成的分子機(jī)理；提出了殺念菌素四個(gè)同系物化學(xué)結(jié)構(gòu)與蛋白功能之間的轉(zhuǎn)換模型；對糖基合成基因進(jìn)行了定向失活，獲得8個(gè)新結(jié)構(gòu)衍生物。（學(xué)科分類名稱：微生物生理學(xué)，1806120；十篇代表性論文中的相應(yīng)論文：第1、4篇）
(4) 以化學(xué)結(jié)構(gòu)類別和生物活性多樣性的抗生素產(chǎn)生菌為對象，系統(tǒng)地建立和發(fā)展了它們的遺傳操作體系,發(fā)展了適應(yīng)面廣、通用性強(qiáng)的系列載--受體系統(tǒng)，己成為代謝工程研究的有效工具。（學(xué)科分類名稱：微生物生理學(xué)，1806120；十篇代表性論文中的相應(yīng)論文：第1、6、7篇）
主要完成人： 鄧子新
該成果立論，全面主持、組織、試驗(yàn)設(shè)計(jì)、課題實(shí)施、合作協(xié)調(diào)、論文撰寫和項(xiàng)目總結(jié)。在所有的發(fā)現(xiàn)點(diǎn)都做出了創(chuàng)造性貢獻(xiàn)，是多烯大環(huán)內(nèi)酯抗生素殺念菌素模塊式聚酮合酶基因簇最早克隆的的主要貢獻(xiàn)者。是聚酮合酶上聚醚鏈形成和釋放的機(jī)制以及整個(gè)抗生素生物合成組裝等分子理論模型的總設(shè)計(jì)者。發(fā)展了井岡霉素產(chǎn)生菌的遺傳操作系統(tǒng)并獲得了井岡霉素高產(chǎn)衍生菌株。在該項(xiàng)研究中的工作量占本人工作量的60％。
白林泉
在第1、3發(fā)現(xiàn)點(diǎn)做出了創(chuàng)造性貢獻(xiàn)。負(fù)責(zé)井岡霉素研究課題具體研究任務(wù)的分工、實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)、實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)、數(shù)據(jù)整理和論文書寫。完成了整個(gè)井岡霉素生物合成基因簇的序列測定和功能預(yù)測。實(shí)現(xiàn)了井岡霉素和井岡胺在異源宿主中的表達(dá)。提出了井岡霉素生物合成的新途徑。參與殺念菌素不同組份之間轉(zhuǎn)換機(jī)理的提出。本人在該項(xiàng)研究中的工作量占本人工作量的70%。
周秀芬
在所有發(fā)現(xiàn)點(diǎn)都做出了創(chuàng)造性貢獻(xiàn)。負(fù)責(zé)抗生素代謝工程平臺(tái)建設(shè)支撐技術(shù)的發(fā)展并具體實(shí)施以多株不同類別抗生素產(chǎn)生菌基因克隆體系為基礎(chǔ)來發(fā)展適應(yīng)面廣、通用性強(qiáng)的質(zhì)粒、噬菌體載-受體系統(tǒng)，使之成為放線菌分子遺傳學(xué)和基因工程基礎(chǔ)和應(yīng)用研究的有效工具。同時(shí)是殺念菌素和井岡霉素克隆和早期分析鑒定的主要貢獻(xiàn)者。本人在該項(xiàng)研究中的工作量占本人工作量的50%。
孫宇輝
在第2、4發(fā)現(xiàn)點(diǎn)做出了創(chuàng)造性貢獻(xiàn)。主要從事南昌鏈霉菌抗生素生物合成的遺傳基礎(chǔ)與分子機(jī)理以及抗生素的組合生物學(xué)研究。克隆出八個(gè)聚酮化合物基因簇及其一系列與抗生素生物合成、代謝調(diào)控有關(guān)的因子，提出了國際上首例聚醚類離子載體抗生素---南昌霉素生物合成基因簇的結(jié)構(gòu)組成、聚酮合酶上聚醚鏈形成和釋放的機(jī)制以及整個(gè)抗生素生物組裝合成的模型。這一系列新的發(fā)現(xiàn)將大大擴(kuò)展我們對這類重要生物殺蟲劑的認(rèn)識，以拓展大環(huán)內(nèi)酯、多烯及多醚化合物的結(jié)構(gòu)多樣性。此外，還參與了吸水鏈霉菌10-22中溫敏性線形質(zhì)粒的特性及其線形染色體的物理圖譜的相關(guān)研究。本人在該項(xiàng)研究中的工作量占本人工作量的80%。
陳實(shí)
在第3發(fā)現(xiàn)點(diǎn)做出了創(chuàng)造性貢獻(xiàn)。主要從事鏈霉菌FR-008中多烯類抗生素生物合成的分子機(jī)理研究。闡明了烯類抗生素生物合成基因簇-殺念菌素族中的多烯大環(huán)內(nèi)酯是由模塊式聚酮合酶來組裝合成，還率先揭示了同系物化學(xué)結(jié)構(gòu)與蛋白功能之間的轉(zhuǎn)換關(guān)系。同時(shí)利用分離的抗生素基因簇進(jìn)行抗生素產(chǎn)率提高和品種改造的遺傳工程探索，通過定向基因工程改造獲得了新的抗生素衍生化合物，申請了包括國際PCT及中國、法國、日本、韓國等國內(nèi)外發(fā)明專利。本人在該項(xiàng)研究中的工作量占本人工作量的80%。
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