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四氢异喹啉家族类生物碱是一类具有独特结构和良好抗肿瘤活性的抗生素，特别是海鞘来源的ET-743，具有很高的抗肿瘤活性(体外活性LC50<1pM，ID500.2-0.6nM，活性比抗肿瘤药物紫杉醇高约50倍)。2007年，ET-743在欧洲的上市申请已获得批准，主要用来治疗经传统化疗治疗无效的晚期软组织肉瘤患者，目前该药还处于治疗乳腺癌、直肠癌、非小细胞肺癌和子宫内膜癌、黑色素瘤、骨肉瘤、间皮瘤的II期试验和卵巢癌的III期试验，但是其海洋来源限制了研究的发展。我们以链霉菌来源的ET-743结构类似物——番红霉素A和萘啶霉素为目标分子，从克隆生物合成基因簇出发，阐明其生物合成机制，为通过代谢工程和组合生物合成改造生产ET-743类似物或结合化学半合成生成ET-743及其类似物奠定基础。
围绕李磊克隆获得的番红霉素A生物合成基因簇，我们对其中绝大多数的前体修饰和后修饰基因进行了研究。
通过3h5mOmTyr前体修饰途径在s.coelicolerCH999中的异源表达证实了前体酪氨酸衍生物合成的相关基因为sfmD、M2、M3。而体内实验初步证实：sfmE与SFM—A生物合成中C环的形成相关；sfmO1、Cy1、Cy2则分别负责B、D环的形成；sfmO2负责催化A环由苯环氧化为对苯醌结构；sfmO6的基因置换突变株仍然产生SFM—A，可能与SFM-A的生物合成无关；sfmI可能是一个负向调节因子，基因置换突变株SFM-A的产量得到了很大的提升；sfmJ的基因置换突变株不再产生SFM-A，但是，互补突变株也不再产生SFM—A，有待进一步研究。
从sfmO2基因置换突变株分离纯化得到了新化合物——SFM-P1，经结构鉴定为SFM-A的类似物；而以SFM-P1为底物的SfmO2体外测活实验并没有得到SFM-A。据此，我们推测在体内SfmO4催化反应是发生在SfmO2催化氧化之后，而SfmO4比SfmO2具有更好的底物容忍性。
与此同时，有了SFM-A生物合成研究的基础，我们也开展了萘啶霉素生物合成机制的研究。
我们首先建立了萘啶霉素产生菌S. lusitanus NRRL8034的发酵分析条件和具有良好质量的基因组文库；同时，也建立起了S. lusitanus NRRL8034与Ecoli S17-1、ET12567的属间接合转移条件，可以高效地将外源基因通过接合转移有效地导入S.lusitanusNRRL8034。
在使用常规方法克隆同源基因失败的情况下，我们采取PCR全基因组扫描和染色体步移的方式成功地克隆了S. lusitanus NRRL8034基因组上长约93kb的DNA区域。测序共得到包含完整萘啶霉素生物合成基因簇的DNA序列92,587bp，包含了54个orf。基因中断和基因置换的结果初步证实，其中28个连续基因与萘啶霉素生物合成相关：包括6个NRPS相关基因；3个PKS相关基因；6个前体修饰基因；4个后修饰基因；2个调节基因，3个抗性基因，4个未知功能基因。
我们推测NptA识别活化β-羟基-5-甲基-3-羟基-O-甲基酪氨(β-hydroxyl-3-hydroxyl-5-methyl-O-Methyl-tyrosine，βh3h5mOmTyr)；NptB识别活化鸟氨酸类似物；而基因置换实验也证实NptA、B、C、E，F均参与到萘啶霉素的生物合成。
在萘啶霉素生物合成中除了NptH、M1、M2参与前体酪氨酸修饰外，还多了一步β-羟化过程，可能由NptO2来负责催化完成；NprO1则负责把苯环氧化为对苯醌环；NptO3、O4参与了B环的形成。
我们也发现了可能与二碳单元合成相关的基因——NptP1、P2、P3、P4：NptP1、P3完成二碳单元的形成，并转移到NptP2上。经由一个独特Ⅲ型PKS-NptP4的催化作用形成一个C-N键，再把二碳单元转移到由NRPS缩合形成的多肽链上，完成萘啶霉素生物合成中支链二碳单元的延伸。除此之外，我们在萘啶霉素的生物合成基因簇中还发现了一个独特的Sfp型PPTase，推测可能是用来特异性活化NptP2。
通过体内基因置换实验我们也初步证实了这些推测，为我们体外测活实验进一步阐明萘啶霉素生物合成机制打下了坚实的基础。为了进一步验证我们的想法，我们还尝试了核心基因的体外蛋白表达。
总而言之，我们以阐明番红霉素A和萘啶霉素的生物合成机制为目标，在建立起遗传转移系统和发酵分析条件的基础上，完成了萘啶霉素生物合成基因簇的克隆，并对番红霉素A和萘啶霉素绝大部分的核心基因进行了体内功能研究。番红霉素A和萘啶霉素相关生物合成基因簇为其生物合成机制的研究提供了分子水平的遗传基础；而它们生物合成机制的初步研究也不仅对从酶催化反应的角度理解自然界是如何经一系列协同催化最后合成该类新奇的抗肿瘤生物碱具有重要意义，而且为在简单、发酵友好的微生物中重组结构更复杂、生物活性更高的类似物的生物合成途径提供了可能。