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安莎霉素是一类结构独特的抗生素,这一类型化合物通常具有很强的抗细菌、抗真菌、抗癌、抗病毒活性,主要分布在放线菌中,其中一个子类maytansinoids也存在于高等植物和苔藓中,但是多方面的证据显示植物中的maytansinoids可能是由其内生菌合成的。
为了寻找更多的安莎霉素类化合物,我们尝试了3种策略,第一种是通过纯培养建立菌种库,通过逐级PCR筛选获得AHBA(3-amino-5-hydroxybenzoic acid)合酶基因阳性菌株,优化发酵条件,分离得到安莎霉素并对其进行结构鉴定;第二种是对样品中的微生物直接进行平板培养,然后结合平板影印和逐级PCR筛选,获得AHBA阳性菌株,后续工作同上;第三种策略绕过了纯培养障碍,主要以未培养微生物为研究对象,首先建立宏基因组文库,从中筛选安莎霉素生物合成基因簇,通过基因簇异源表达获得其所编码的安莎霉素。
通过基于安莎霉素生物合成中特异的AHBA合酶基因的PCR筛选,从约800株放线菌中筛选到19株潜在的安莎霉素产生菌,优化培养条件后,TLC检测显示至少有5株可能产生安莎霉素类化合物,对其中一株链霉菌LZ35的系统分离得到了8个安莎霉素类化合物,其中一个为新化合物。
通过AHBA合酶基因的杂交筛选,从包含约177万个克隆的滑桃树内生菌宏基因组文库中筛选得到两个安莎霉素合成基因簇,序列分析显示这两个基因簇具有非常相似的基因结构,可能合成类似的化合物。其中M1464克隆携带有安莎霉素合成所需的全部PKS基因,因此将其进行异源表达。将具有接合转移和整合功能的CIS元件引入M1464 fosmid中,然后通过接合转移将其导入安莎霉素产生菌Streptomyces sp.CS中,HPLC-UV检测发现转化子的SFM培养基发酵提取物与野生型相比存在一个明显的额外组分,对其所含化合物的分离和结构鉴定仍在进行中。
以上结果表明基于基因水平的筛选是行之有效的快速寻找新安莎霉素类化合物的方法,为大规模寻找新的安莎霉素类药物先导化合物提供了可能。