[发明专利]一种向聚酮骨架引入氨基酸来源的侧链的生物合成方法及相关基因

说明书

技术领域

本发明属于微生物基因工程领域，具体涉及聚酮合成体系中，向聚酮骨架引入氨基酸来源的侧链的生物合成方法及生物合成相关的基因。

背景技术

聚酮化合物(polyketides，PKs)是一大类重要的天然产物，广泛来源于细菌、真菌、植物等。包括大环内酯类、蒽环类、聚醚类、四环素类。聚酮化合物不仅结构多样，而且具有很好的生物学和药物活性(Angew Chem Int Ed Engl,2009,48(26):4688-4716.)。如抗细菌药(如四环素，利福霉素)、抗真菌药(如灰黄霉素、两性霉素)、抗寄生虫药(如阿维霉素、奈马克丁)、抗癌药(如多柔比星、烯二炔)、抗胆固醇药(如洛伐他汀)等聚酮来源的药物几乎已用于所有重要疾病的治疗(Nat Prod Rep,2001,18(4):380-416.)。

天然聚酮化合物尽管种类繁多，其生物合成机制却相对保守，从本质而言，被酰基辅酶A(acyl-CoA)活化的前体物(包括起始单元和延伸单元)在聚酮合酶(PKS)的催化下进行反复的脱羧一缩合反应形成一定长度的聚酮碳骨架，然后再经过环化或芳香化，甲基化，糖基化，氧化还原，脱水等修饰过程，形成各种各样结构复杂的聚酮类化合物。根据聚酮合酶的结构及其它性质，聚酮合酶被分成Ⅰ-Ⅲ型PKS(Curr Opin Chem Biol,2003,7(2):285-295.)，其中Ⅰ型PKS，可分为模块化PKS和重复型PKS，模块化即以模块的形式形成多功能酶，其中一整套合成聚酮化合物碳骨架的必需的结构域(domain)聚合在一起组成一个模块(module)，每个结构域只参与整个聚酮碳链构建中的一步生化反应(non-interative)。重复型Ⅰ型PKS和模块化Ⅰ型PKS核心结构域类似，不同之处在于重复型PKS可以重复利用某个结构域来合成目的产物。合成聚酮碳链的核心结构域包括酰基转移酶(acyltransferase，AT)、酰基载体蛋白(acyl carrier protein，ACP)和β-酮酰基合成酶(ketosynthase，KS)组成，首先由作为“门卫”(gate keeper)的AT结构域识别并选择性地将起始单元和延伸单元上载到ACP的来自于辅酶A(CoA)的磷酸泛酰乙胺巯基臂上，再由KS将不同的单元经过一系列脱羧缩合反应(claisen condesation)组装成碳骨架。Ⅰ型PKS主要合成大环内酯，聚醚，聚烯类化合物。Ⅱ型PKS，也称迭代型(iterative)或芳香型PKS，其主要合成蒽环类，四环素类等芳香族化合物。Ⅱ型PKS通过重复使用一套结构域，多次催化相同延伸单元的脱羧缩合使聚酮碳骨架得到延伸，形成了链状的中间体，随后通过环化酶和芳构化酶催化使之形成芳香环。Ⅲ型PKS，属于查尔酮合成酶(chalconesynthase，CHS)类，主要负责单环或双环芳香类聚酮化合物的生物合成。