海洋鏈霉菌差向異構結構域基因的克隆與分析

吳欣園，朱晨陽，薛永常

（大連工業大學生物工程學院，遼寧大連 116034）

放線菌是諸多天然生物活性物質的重要來源，目前已從放線菌中發現了10 000 多種生物活性化合物[1]，具有廣泛實際用途和巨大經濟價值。海洋放線菌尤其是鏈霉菌具有陸地微生物所不具備的適應性[2,3]，能在高鹽、高壓、低溫和寡營養等條件下產生具有特殊化學結構的次級代謝產物[4,5]，其大都是通過非核糖體肽合成酶（Non-Ribosomal Peptide Synthetase，NRPS）和聚酮合酶途徑產生[6]。NRRS 是一種多功能大型合成酶，由執行不同功能的結構域組成的模塊按特定順序排列而成[7-10]（圖 1），NRPS 體系除了腺苷化（Adenylation，A）結構域、肽基載體蛋白（Peptidyl Carrier Protein Domain，PCP）、縮合（Condensation，C）結構域等三個必需的核心結構域外，還有差向異構（Epimerization，E）結構域、硫酯酶（Thioesterase，TE）等修飾性結構域[11]，共同完成非核糖多肽（Non-Ribosomal Peptide，NRP）的生物合成及組裝。在細菌、藍藻和真菌中NRPs 具有抗真菌、抗病毒、抗腫瘤和免疫抑制劑等非常重要的藥理活性[12-14]，廣泛應用于醫藥領域。

圖1 NRPS 模塊組成及合成機制[10]Fig.1 Module composition and synthetic mechanism of NRPS

E 結構域作為NRPS 組成模塊中常見的修飾性結構域，能將連接在PCP 結構域上的L-氨基酸（L-Amino Acid，L-AA）立體異構化為D-氨基酸（D-Amino Acid，D-AA），摻入到正在延伸的NRP 上，從而增加了NRP組成的多樣性[15]。由E 結構域催化引入的D-AAs 不僅影響產物肽的最終構象以及下游加工單元模塊（如硫酯酶結構域）的接受性[16]，還在確保延伸模塊的正常工作方面發揮重要作用[17]。在增加NRP 功能和結構多樣性的同時還降低其蛋白水解敏感性，提高了NRP 的抗癌抑菌活性[18]。目前，在E 結構域異構化機制及其晶體結構已有所研究，Stachelhaus 等[19]研究短桿菌素S合成酶GrsA E 結構域的突變時發現753His 和892Glu 影響異構化活性。……