硫肽类抗生素(Thiopeptide)是一类高度修饰的聚肽类抗生素,它们大都拥有一个具有不同氧化程度的含氮六元环和三个噻唑环构成的核心部分,由多个噻唑、噁唑或噻唑啉等氮杂环及脱水氨基酸所构成,部分硫肽类抗生素还含有高度修饰的侧链结构。研究表明,硫肽类抗生素大都具有高度的抗革兰氏阳性菌的活性,部分硫肽类抗生素还具有抗肿瘤和抗疟疾的活性。然而硫肽类抗生素在临床上的运用却极大的受限于此类化合物较差的水溶性和生物利用率,需要通过一定的改造才能实现其在临床上的运用。由于硫肽类抗生素结构十分复杂,相比于化学合成的方法,利用生物工程改造的原理进行的组合生物学方法来获得结构类似物则更具有优势。因此,硫肽类抗生素的生物合成研究成为了世界范围内的研究热点。　　 我们首先利用已经获得的Nosiheptide生物合成基因簇,对其进行生物信息学分析,初步推测了其可能的生物合成途径及基因簇中每个基因的功能。然后通过对其中各个基因的同框缺失逐一分析它们的功能。最后结合中间产物的结构分析,我们给出了硫肽类抗生素Nosiheptide的生物合成途径。前体氨基酸首先在核糖体中逐步组装成聚肽链前体,再经过一系列酶的翻译后修饰形成终产物。其吲哚酸侧链则可能是在NosL的催化下经过一系列分子内重排得到,然后连入大环骨架完成整个分子的组装。　　 为了更深入地研究硫肽类抗生素的生物合成机制,与硫肽类抗生素典型代表Thiostrepton具有相类似结构的Siomycin成为了新的研究目标。为了获得Siomycin的生物合成基因簇,我们首先利用pJTU2554为载体,构建其产生菌S.sioyaensis的基因组文库,并利用与硫肽类抗生素结构中噻唑环生物合成相关的环化脱水酶的保守性,成功的获得了含Siomyein生物合成基因簇的阳性黏粒,并对其进行了生物信息学分析。随后我们将研究目标集中在Siomyein与Thiostrepton相同的侧链喹啉酸结构的生物合成途径上,通过对相关基因突变株喂养中间体化合物的手段,推测了侧链部分的生物合成途径。结果表明,色氨酸作为起始底物经过甲基化和转氨之后,发生了一步扩环的重排反应形成喹啉酸结构,再经过还原和氧化修饰之后连接到大环骨架上。　　 我们成功表达了与Siomycin/Thiostrepton侧链喹啉酸部分生物合成相关的除SioT/TsrT之外所有蛋白(sio体系或者tsr体系),并利用这些蛋白逐步开展了蛋白的体外测活实验以确证其功能。首先研究的是TsrA蛋白,通过同源蛋白的功能分析,我们推测其为一个氨基转移酶。在此基础上,我们利用合成的底物成功地测得了TsrA的转氨活性。其次研究的是TsrU蛋白,在生物信息学分析时我们猜测它是一个NAD(P)H依赖的脱氢酶。随后我们同样利用合成的反应底物测得了TsrU的还原活性,并制备了一定量的反应产物。由于TsrU催化的反应是一个手性还原反应,我们采用mosher法确定了反应产物的绝对构型以及TsrU催化反应的手性单一性。　　 总之,本文分析和推测了硫肽类抗生素Nosiheptide的生物合成途径,并初步研究了其中各个基因在其生物合成过程中所起的作用。在此基础上,我们获得了另一硫肽类抗生素Siomycin的生物合成基因簇,并推测了其与Thiostrepton相同的侧链部分喹啉酸结构的生物合成途径。最后通过体内和体外相结合的方法研究了侧链喹啉酸结构的生物合成过程中各个基因的功能。