Zwittermicin A,简称ZwA,中文名双效菌素,是由部分蜡状芽胞杆菌(Bacilluscereus)和苏云金芽胞杆菌(Bacillus thuringiensis)产生的一种新型广谱的氨基多元醇类抗生素,化学式C13H28N6O8。已知ZwA对卵菌纲、海藻、原生生物等比较低等的真核生物具有很强抑制作用,对大部分革兰氏阴性菌和一些特定的革兰氏阳性菌有中等的抑制作用,同时还可以抑制或杀灭一系列植物病原真菌。此外,ZwA还可以与Bt毒素协同作用从而增加Bt的杀虫活性。对ZwA合成所需要的前体物的预测已经有报道,推测ZwA合成需要5种前体物:L-丝氨酸(L-serine),丙二酰辅酶A(malonyl CoA),氨基丙二酰-ACP(Amino-malonyl-ACP),羟基丙二酰-ACP(Hydroxy-malonyl-ACP),2,3-二氨基丙酸(2,3-diamino-propionate)。本课题组在国内率先开展其生物合成基因簇的克隆及生物合成途径的研究,但ZwA的生物合成途径还没有一个完善的学说,只是基于16kb DNA序列的假说。此16kb的序列只包含假想前体物氨基丙二酰-ACP和羟基丙二酰-ACP合成的相关基因,没有对2,3-二氨基丙酸这种前体物合成基因进行预测和验证。所以本研究旨在完善对ZwA前体物的认识,从而推动对ZwA合成基因簇以及生物合成途径的研究,具有重要的理论研究意义。
　　本研究是以获得的苏云金芽胞杆菌菌株YBT-1520ZwA生物合成的67kb的基因簇为基础,对此基因簇进行了生物信息学的分析,发现ZwA5A,ZwA5B和orf3三个基因与2,3-二氨基丙酸的合成相关。同源性比较显示ZwA5A和ZwA5B分别是半胱氨酸合成酶和鸟氨酸环化脱氨酶的同源物。通过同源交换插入,获得ZwA5A基因缺失突变体ZwA5A-。该突变体不再产生ZwA,用化学合成的D/L-2,3-二氨基丙酸添加到突变体ZwA5A-的发酵生长过程中,突变体ZwA5A-可以恢复产ZwA。这说明ZwA5A基因对ZwA的产生是必需的;在ZwA的产生过程中,化合物D/L-2,3-二氨基丙酸可以替代基因ZwA5A的功能。
　　通过pGEX-6P-1载体,在大肠杆菌中超量表达了ZwA合成基因簇ORF3中的腺苷酰化功能域ZwAA。依赖于ATP的焦磷酸交换实验表明,腺苷酰化功能域ZwAA2可以识别并活化2,3-二氨基丙酸。上述结果证实,2,3-二氨基丙酸是ZwA生物合成过程中的直接前体物之一。