聚酮化合物及其組合生物合成

1、聚酮化合物及其組合生物合成【關(guān)鍵詞】聚酮化合物；,聚酮合酶；,組合生物合成摘要：聚酮化合物的組合生物合成是當(dāng)前國(guó)際化學(xué)與生物學(xué)交織學(xué)科研究的熱門(mén)之一，也正在生長(zhǎng)成為藥物創(chuàng)新超通例的緊張本領(lǐng)。本文對(duì)近十年來(lái)聚酮化合物，特別是I型聚酮化合物的組合生物合成的常用技能和要領(lǐng)學(xué)生長(zhǎng)舉行了回首和預(yù)測(cè)。關(guān)鍵詞：聚酮化合物；聚酮合酶；組合生物合成ABSTRATPlyketidepundsandthEirbisynthesisbybinatrialappraheshadreeivedgreatattentinasarssdisiplinarysubjetinanefiledfheialbilgyfritsipr

2、taneandgreatptentialtreatebrandnedruginfuture.Inthisrevie,ehpetsuarizeethdsandtehnlgieshihhadbeendevelpedverpasttenyearsrsfrtheiaginativedisveryfnvelplyketidepundsbybinatrialbisynthesis,hihinrprategeneti,heialandbiheial,biinfratiandbitehnlgialapprahes.KEYRDSPlyketide;Plyketidesynthase;binatrialbisyn

3、thesis1聚酮化合物及其聚酮合酶聚酮化合物是一大類(lèi)由細(xì)菌、真菌和植物將低級(jí)羧酸通過(guò)一連的縮合反響產(chǎn)生的天然產(chǎn)物，它包羅許很多多具有按捺細(xì)菌(如紅霉素、四環(huán)素)、真菌(如灰黃霉素、兩性霉素)、寄生蟲(chóng)(如averetin、奈馬克丁)、癌癥(如多柔比星、enediynes)等活性的化合物，有些抗真菌聚酮化合物同時(shí)還具有免疫按捺劑的活性(如雷帕霉素、FK506)，它被普及地應(yīng)用于醫(yī)藥、畜牧和農(nóng)業(yè)。如今，這一化合物越來(lái)越為人們所器重，這重要是由于該化合物具有：(1)無(wú)可相比的生物學(xué)活性使之具有宏大的新藥物開(kāi)拓潛力和貿(mào)易代價(jià)，聚酮化合物所形成的藥物已用于險(xiǎn)些全部緊張的疾病治療，每年的販賣(mài)額凌駕了100

4、億美元；(2)奇特的布局和合成機(jī)制為人們研究酶催化的分子機(jī)制、分子識(shí)別和卵白質(zhì)的彼此作用提供了空前的契機(jī)；(3)聚酮合酶所具有的可塑性可以使人們便利地通過(guò)組合生物合本錢(qián)領(lǐng)來(lái)得到新的化合物1。如今已創(chuàng)造了不少于10000種聚酮化合物，而由之衍生出的新產(chǎn)物更是難以記數(shù)。聚酮化合物是成效和布局最多樣化的天然產(chǎn)物之一，它們的合成包羅酰基輔酶A活化羧酸的一系列重復(fù)的醇醛縮合而形成有必然長(zhǎng)度的聚酮鏈骨架，然后顛末環(huán)化大概芳香化、大概與脫氧糖等布局單元毗連等歷程。只管聚酮化合物的布局和特性千差萬(wàn)別，總的來(lái)說(shuō)它可以分為兩大類(lèi)：芳香族聚酮化合物和復(fù)合聚酮化合物。前者是乙酸通過(guò)縮合(起始單元除外)形成的大部門(mén)酮基

5、在?；湹难由旌屯瓿珊蠖疾煌１３址菑?fù)原狀態(tài)，顛末折疊和醇醛縮合形成六元環(huán)，芳香環(huán)隨后被脫水復(fù)原，如放線(xiàn)紫紅素、柔紅霉素、四環(huán)素。復(fù)合聚酮化合物比芳香族聚酮化合物在布局變革上大的多，其構(gòu)成單元有乙酸、丙酸和丁酸等，并且由于與芳香族聚酮化合物在合成化學(xué)、酮基復(fù)原歷程、側(cè)鏈的空間位阻上的本質(zhì)差異，很多不顛末折疊和芳香化，而是通過(guò)內(nèi)酯化成環(huán)，另有一部門(mén)仍保持酰基鏈，如大環(huán)內(nèi)酯抗生素紅霉素和螺旋霉素、抗真菌抗生素雷帕霉素和兩性霉素、聚醚類(lèi)抗生素莫能霉素和南昌霉素、抗寄生蟲(chóng)抗生素averetin等。聚酮化合物是通過(guò)聚酮合酶(plyketidesynthase,PKS)催化形成的，其催化歷程雷同于脂肪酸合酶

6、(fattyaidsynthase,FAS)催化的脂肪酸生物合成，即通過(guò)酰基A活化的底物之間的重復(fù)脫羧縮合而合成2，3，但兩者在合成單元的選擇(包羅起始單元和延伸單元)、鏈裝配歷程中每個(gè)酮基復(fù)原程度的操縱、以及芳香聚酮或復(fù)合聚酮鏈長(zhǎng)的決定等方面也存在著顯著的差異，重要表如今：(1)FAS一樣平常以乙酸作為起始單元，而PKS每每利用差異的起始單元，最為常用的有乙酸、丙酸，別的另有丁酸，殺假絲菌素利用的對(duì)氨基苯甲酸等，而averetin所利用的起始單元可多達(dá)40余種；(2)FAS一樣平常只用乙酸為鏈延伸單元，而PKS除了利用乙酸作為鏈伸長(zhǎng)單元外，還可利用丙酸或丁酸，在終產(chǎn)物中相應(yīng)天生甲基或乙基側(cè)鏈

7、；(3)PKS可以通過(guò)酮基選擇性地復(fù)原和脫水，從而在終產(chǎn)物的相應(yīng)位置形成酮基、羥基、雙鍵或亞甲基等成效團(tuán)，同時(shí)也決定了手性中央的立體化學(xué)構(gòu)型。如今已經(jīng)展現(xiàn)的聚酮合酶可以分為三類(lèi)：型、型和型4。研究和報(bào)道最多和較為透徹的是型PKS，它是由幾個(gè)多成效的多肽構(gòu)成，每一個(gè)多肽上都別離攜帶有到場(chǎng)聚酮生物合成所必須的種種酶的布局域(dain)，每個(gè)布局域只到場(chǎng)整個(gè)聚酮碳鏈構(gòu)建中的一步生化反響(nninterative)，而到場(chǎng)一輪聚酮生物合成反響的全部布局域稱(chēng)為一個(gè)合成酶單元(SU,synthaseunit)，編碼這個(gè)合成酶單元的DNA稱(chēng)為一個(gè)模塊(dule)。型模塊布局的PKS就如同在軌道上行駛的一列火

8、車(chē)，在出發(fā)點(diǎn)由特定的“搬運(yùn)工?；D(zhuǎn)移酶(ayltransferase,AT)把差異的起始單元裝車(chē)后，通過(guò)“裝配工酮脂酰AP合成酶(ketaylAPsynthase,KS)顛末縮合反響將差異的“質(zhì)料羧酸起始或延伸單元舉行組裝，隨著火車(chē)的運(yùn)行，不竭地從一個(gè)“?？垦b配站酰基載體卵白(aylarrierprtein,AP)到下一個(gè)，聚酮鏈也不竭地得到延伸，半途按照模塊構(gòu)成的差異和指令要求，在別的差異的“特別工種裝配工脫水酶(dehydratase,DH)、烯醇復(fù)原酶(enylredutase,ER)的作用下相應(yīng)地舉行復(fù)原(形成羥酯鍵)或脫水(形成,烯醇酯鍵)或進(jìn)一步復(fù)原(形成飽和的亞甲基)，直至到達(dá)盡

9、頭，在“裝卸工硫酯酶(thiesterase,TE)的幫助下，完成末了的工序并將聚酮前體產(chǎn)物從PKS上卸載下來(lái)。這種PKS模塊布局的創(chuàng)造有其非同平常的意義。只管種種聚酮化合物布局各異，PKS模塊的底物特異性決定了I型PKS對(duì)起始單元和延伸單元的選擇，而PKS每個(gè)模塊上復(fù)原布局域的種類(lèi)那么使聚酮產(chǎn)物得到差異程度的復(fù)原。復(fù)合聚酮化合物布局的多樣性來(lái)自聚酮骨架構(gòu)成單元的多樣性和每個(gè)碳單元的差異復(fù)原程度，這意味著聚酮抗生素的布局具有相稱(chēng)大的可塑性，故可通過(guò)模塊內(nèi)或模塊間的公正重組，方案出新基因(簇)構(gòu)成或新的生物合成途徑，這也是I型PKS作為組合生物學(xué)重要研究工具的緊張緣故原由之一。型PKS是一個(gè)多成

10、效酶復(fù)合體，只包羅一套可重復(fù)利用(interative)的布局域，每一布局域在重復(fù)的反響步調(diào)中被屢次地用來(lái)催化雷同的反響，其初次報(bào)道是在1984年5。以來(lái)自S.glauesens的芳香族聚酮化合物tetraenyin研究的較多6，只管已經(jīng)創(chuàng)造了影響鏈長(zhǎng)的兩個(gè)鏈長(zhǎng)決定因子(LF)KS和KS，但確切機(jī)制仍舊不是非常明晰。對(duì)型PKS的研究比年來(lái)也獲得了一些希望，如Ba等7對(duì)柔紅霉素產(chǎn)生菌S.peuetius的研究效果表現(xiàn)，dps基因決定了生物合成的起始單元，Dps埋頭性地利用丙酰A為起始單元，一樣平常來(lái)說(shuō)，型PKS的起始單元均為乙酰A。別的，Bisang等8尋到了型PKS和型PKS的鏈長(zhǎng)因子之間的配

11、合點(diǎn)，這是型和型PKS有機(jī)接洽的一個(gè)切入點(diǎn)。他們創(chuàng)造型PKS的KSQ(被以為大概是類(lèi)PKS的鏈長(zhǎng)因子)及型PKS的LF和型PKS的KS布局域雷同，惟一的區(qū)別是KS的活性中央殘基半胱氨酸被高度守舊的谷氨酰胺代替，這個(gè)氨基酸對(duì)這一布局域的脫羧酶活性以及聚酮化合物的合成具有緊張的作用。和型PKS相比力，型PKS在起始單元和延伸單元的選擇方面變革不大，以是它的布局多樣性重要是來(lái)自于聚酮合成后的修飾步調(diào)。1999年，日本東京大學(xué)的Funa等9創(chuàng)造了一種雷同苯基苯乙烯酮合成酶的PKS(halnesynthaselikePKS)RppA，厥后被稱(chēng)為型PKS。RppA是一個(gè)在鏈霉菌中創(chuàng)造的與芳香族聚酮化合物苯

12、基苯乙烯酮合成相干的酶，它是一種同二聚體酶并可重復(fù)舉行縮合反響(interative)，催化芳香族聚酮化合物淡黃霉素(flavlin)生物合成。催化苯基苯乙烯酮(很多黃酮類(lèi)化合物的前體物)形成的苯基苯乙烯酮合成酶被以為是植物所特有的，然而來(lái)自S.griseus的rppA基因所編碼的一個(gè)372個(gè)氨基酸的卵白卻與苯基苯乙烯酮有著很大的同源性，它以丙酰A作為起始物，舉行4個(gè)延伸反響將五肽開(kāi)釋和環(huán)化成為1，3，6，8四羥基萘(THN)，THN將會(huì)被氧化成淡黃霉素，然后聚合成種種有色的化合物。由RppA催化合成的THN不但是玄色素照舊種種含萘醌環(huán)的次級(jí)代謝產(chǎn)物的中央產(chǎn)物。型PKS和別的兩種PKS迥然差異

13、，它們不依靠于作為?；d體的AP及其上的4磷酸泛酰巰基乙胺。型和型PKS經(jīng)常通過(guò)AP活化?；鵄的底物，而型PKS直接作用于?；鵄活化的簡(jiǎn)樸羧酸。只管布局和機(jī)制不雷同，但全部范例的PKS都是通過(guò)?；鵄的脫羧縮合和KS布局域或亞基催化鍵的形成。在進(jìn)化干系上型PKS與別的PKS及的FAS也相距甚遠(yuǎn)。在已往的十年里，隨著生物合成基因簇克隆要領(lǐng)學(xué)的創(chuàng)新以及DNA測(cè)序技能和生物信息學(xué)的不竭生長(zhǎng)和研究效果的不竭積聚，人們對(duì)付PKS的熟悉越來(lái)越全面，也越來(lái)越深化，但人們不禁照舊想知道我們畢竟對(duì)PKS相識(shí)幾多？如今越來(lái)越多的報(bào)道表現(xiàn)型、型和型PKS并不克不及完全席卷不竭涌現(xiàn)出的新的聚酮合酶4。從布局的角度來(lái)看，

14、有些型PKS的布局域也可以是被重復(fù)利用的，如Avi、al5、NsB、SgE和alE8等；有些型PKS的布局域也可以是不克不及被重復(fù)利用的，如NnJKPQU；有些PKS好似是型PKS和型PKS的雜合體，如LnIJ/LnG和PedFG/PedD。從機(jī)制的角度來(lái)看，有些PKS依靠AP，而有些PKS不依靠AP。從合成的角度來(lái)看，有些PKS即可以催化形成鍵，也可以催化形成鍵，如NnJK。大概，我們面前所創(chuàng)造和利用的PKS只是整個(gè)PKS龐各人族中的小小一員，更多更出色的內(nèi)容正等候人們?nèi)フ宫F(xiàn)。2聚酮合酶的組合生物合成自從以英國(guó)約翰英納斯中央(JhnInnesentre)的DavidAHpd為先驅(qū)的研究職員在

15、鏈霉菌形式菌種天藍(lán)色鏈霉菌(Streptyeselilr)中創(chuàng)立和生長(zhǎng)遺傳操縱體系以來(lái)，鏈霉菌的分子遺傳學(xué)不停成為國(guó)際生命科學(xué)范疇的一個(gè)熱門(mén)。顛末三十年普及而深化的研究，此中抗生素生物合成基因的克隆在抗生素范疇已產(chǎn)生了深遠(yuǎn)的影響。起首，這些基因的克隆和測(cè)序使我們對(duì)抗生素的特性有了新的熟悉，比方，對(duì)抗生素生物合成基因成簇?cái)[列紀(jì)律的創(chuàng)造極大地幫助了新基因簇的克隆和闡發(fā)。當(dāng)代分子生物學(xué)技能使人們對(duì)抗生素有了更深化的相識(shí)的第二個(gè)方面是對(duì)聚酮類(lèi)抗生素的熟悉?？股夭季址N類(lèi)繁多，然而它們傍邊的最宏大的一類(lèi)，包羅大環(huán)內(nèi)酯類(lèi)、聚醚類(lèi)、多烯類(lèi)、蒽環(huán)類(lèi)等都是通過(guò)聚酮合酶途徑合成的，聚酮鏈合成的底物選擇、復(fù)原程度和

16、產(chǎn)物的立體化學(xué)構(gòu)型都是由PKS上相應(yīng)模塊中的布局域決定的，每個(gè)布局域的成效都逐一對(duì)應(yīng)在終極產(chǎn)物的布局上，這種多成效模塊化PKS中催化活性中央和化學(xué)合成步調(diào)及終產(chǎn)物化學(xué)布局的逐一對(duì)應(yīng)干系，使得通過(guò)編纂生物合成基因來(lái)方案雜合產(chǎn)物成為大概，并由此產(chǎn)生出一個(gè)極新的研究范疇聚酮合酶的組合生物學(xué)。聚酮合酶的組合生物學(xué)就是通過(guò)基因工程等相干技能報(bào)酬地對(duì)產(chǎn)生抗生素等微生物次級(jí)代謝產(chǎn)物合成途徑舉行公正的改革，由此產(chǎn)生非天然的雜合基因或基因簇，從而形成新的非天然的天然聚酮化合物，與傳統(tǒng)組合化學(xué)的重要區(qū)別是它是在基因程度上由微生物來(lái)合成天然界本來(lái)并不存在的新化合物，并且這種化合物的數(shù)量是驚人的?？梢詮睦碚撋蟻?lái)推算一

17、下通過(guò)聚酮合酶的組合生物學(xué)所衍生的聚酮化合物的潛力(P,binatryptential)10。P=ATLATE4ATL代表賣(mài)力加載差異起始合成單元的AT布局域；ATE代表賣(mài)力加載差異延伸合成單元的AT布局域；4代表由酮基的經(jīng)差異布局域催化形成產(chǎn)物的大概性；代表基因簇中模塊的數(shù)量。這還不包羅AT兩種立體化學(xué)大概性、KR布局域兩種立體化學(xué)大概性、加尾酶等別的大概增長(zhǎng)產(chǎn)物數(shù)量大概性的因素。以一個(gè)像紅霉素如許典范的包羅6個(gè)模塊的PKS基因簇為例，假設(shè)含有3種范例的AT(識(shí)別加載丙二酰A，甲基丙二酰A，乙基丙二酰A)，那么大概形成的聚酮化合物的理論值就靠近10000000，這就為聚酮庫(kù)的創(chuàng)立奠基了穩(wěn)固的

18、理論基?？v覽聚酮合酶特別是型PKS組合生物學(xué)近十年來(lái)的生長(zhǎng)，歸納起來(lái)采取技能有如下幾種1132。2.1聚酮合酶中模塊的淘汰聚酮鏈的構(gòu)成單元與催化它形成的PKS模塊是逐一對(duì)應(yīng)的，因此，聚酮鏈的長(zhǎng)度可以通過(guò)改變延伸單元模塊的數(shù)量來(lái)完成，條件是末了一個(gè)模塊和環(huán)化酶布局域必須可以或許識(shí)別非天然的中央產(chǎn)物。如前所述，在紅霉素PKS中，除了交融于模塊1中的兩個(gè)起始加載布局域(ATL和APL)和模塊6中的TE布局域外，有六個(gè)鏈延伸模塊別離位于DEBS1、DBS2和DEBS3中，紅霉素合成歷程中內(nèi)酯環(huán)的巨細(xì)由DEBS中模塊數(shù)決定，利用基因工程要領(lǐng)重新調(diào)解TE的位置，使TE重新和一個(gè)、兩個(gè)、三個(gè)或五個(gè)DEBS模

19、塊組合，效果產(chǎn)生了新的截短了的PKS，并合成了預(yù)期的二酮、三酮、四酮和六酮化合物，除二酮外，別的的幾個(gè)聚酮化合物都以?xún)?nèi)酯環(huán)情勢(shì)存在18，3336(圖1)。這些實(shí)行表白，環(huán)化酶具有較廣的底物特異性，它的重新定位可以產(chǎn)生種種鏈長(zhǎng)的聚酮。2.2聚酮合酶中模塊的增長(zhǎng)在基因中添加模塊直至2001年才得到樂(lè)成。Re等將來(lái)自S.hygrspius合成雷帕霉素PKS的模塊2、模塊5別離插入截短的DEBS1TE模塊1和模塊2之間，合成了在相應(yīng)位置多出一個(gè)布局單元的四酮化合物；將雷帕霉素PKS的模塊2、模塊5別離插入全長(zhǎng)DEBS的模塊1和模塊2之間，那么合成了多出一個(gè)布局單元十六元環(huán)的聚酮化合物36(圖2)。2.

20、3聚酮合酶中模塊的更換在紅霉素DEBS1模塊1的N端，存在兩個(gè)起始加載布局域(ATL和APL)，它們賣(mài)力紅霉素合成第一步反響6dEB生物合成起始物丙酰A的選擇和加載，因此這兩個(gè)布局域也被稱(chēng)為起始加載模塊(ladingdule，L)。差異的起始加載模塊對(duì)底物的選擇性差異，averetin的起始加載模塊對(duì)起始物要求非常寬松，它可加載多達(dá)40余種差異化合物作前體37。arsden用averetin的起始加載模塊代替紅霉素的起始加載模塊構(gòu)建的糖多孢紅霉菌突變體，通過(guò)添加差異的前體合成了新的13位為異丙基、2丁基等紅霉菌A、B和D衍生物38(圖3)。Pfeifer用泉源于合成利福霉素的起始加載模塊更換紅

21、霉素的起始加載模塊也合成了在13位結(jié)合苯環(huán)的紅霉菌衍生物39(圖3)。2.4模塊中布局域的淘汰關(guān)于PKS基因工程改革的第一例樂(lè)成的報(bào)道就是對(duì)紅霉素PKS模塊5中KR布局域的缺失失活。在紅霉素PKS模子提出時(shí)，為驗(yàn)證模子的準(zhǔn)確性，Dnadi等通過(guò)同源重組同框缺失DEBS3中模塊5的KR5布局域的80個(gè)氨基酸，正如意料的那樣，突變體合成了新的在5位是酮基的紅霉素衍生物5，6didexy3yarsyl5xerythrnlideB39(圖4)。這不但證明了6dEB生物合成模子的準(zhǔn)確性，還給人們以極大的啟發(fā)：在DEBS中布局域的成效和布局是相對(duì)應(yīng)的；DEBS以及6dEB后修飾酶對(duì)底物的要求并不非常嚴(yán)酷，

22、突變產(chǎn)生的中央產(chǎn)物能被卑劣的布局域有用的加工利用。另一個(gè)雷同的實(shí)行是針對(duì)DEBS2模塊4中烯酰基復(fù)原酶布局域(ER4)的成效失活，它衍生的大環(huán)內(nèi)酯中67由單鍵釀成了雙鍵40(圖4)。別的，另有一些關(guān)于使布局域成效喪失的樂(lè)成報(bào)道，但重要是會(huì)合于與復(fù)原成效有關(guān)的KR、ER、DH布局域，這是由于它們決定了相應(yīng)碳單元差異的復(fù)原程度，通過(guò)改變酮基的復(fù)原程度可以產(chǎn)生更多的雜合聚酮。2.5模塊中布局域的增長(zhǎng)酮基的復(fù)原程度不單影響聚酮碳骨架的多樣性，并且影響內(nèi)酯化的方法和以羥基為中介舉行的其A：紅霉素全長(zhǎng)DEBS；B：只包羅模塊1、2和TE布局域的截短了的紅霉素DEBS；：只包羅模塊1、2、3和TE布局域的截

23、短了的紅霉素DEBS；D：只包羅模塊1、2、3、4、5和TE布局域的截短了的紅霉素DEBS圖1聚酮合酶中模塊淘汰表示圖A：只包羅模塊1、2和TE布局域的截短了的紅霉素DEBS；B：在截短了的紅霉素DEBS模塊1、2之間增長(zhǎng)了一個(gè)來(lái)自雷帕霉素PKS的模塊2(灰色區(qū))；：在截短了的紅霉素DEBS模塊1、2之間增長(zhǎng)了一個(gè)來(lái)自雷帕霉素PKS的模塊5(灰色區(qū))；D：紅霉素全長(zhǎng)DEBS；E：在全長(zhǎng)紅霉素DEBS模塊1、2之間增長(zhǎng)了一個(gè)來(lái)自雷帕霉素PKS的模塊2(灰色區(qū))；F：在全長(zhǎng)紅霉素DEBS模塊1、2之間增長(zhǎng)了一個(gè)來(lái)自雷帕霉素PKS的模塊5(灰色區(qū))它官能團(tuán)與聚酮的結(jié)合。KR布局域的增長(zhǎng)或KRDH布局

24、域的增長(zhǎng)或KRDHER布局域的增長(zhǎng)，都有大概影響酮基的差異程度的復(fù)原而改變別的基團(tuán)毗連以及改變內(nèi)酯環(huán)化的位點(diǎn)。Daniel等將紅霉素PKS的模塊2的KR更換為來(lái)自于雷帕霉素PKS的模塊4的DHKR，相稱(chēng)于模塊2比本來(lái)多增長(zhǎng)了一個(gè)DH布局域，使原有的羥基產(chǎn)生了脫水，形成了=雙鍵16(圖5)。同樣，Ka等將DEBS模塊2的KR更換為雷帕霉素PKS模塊l的DHERKR也得到了一個(gè)新的八元環(huán)化合物。用來(lái)自雷帕霉素PKS的模塊4的DH4KR4雙布局域(灰色區(qū))更換只包羅模塊1、2、3和TE的截短了的紅霉素DEBS的KR2布局域。2.6模塊中布局域的更換差異PKS模塊選用差異的聚酮鏈延伸單元，延伸單元的選

25、擇是由每個(gè)模塊的AT布局域操縱的，AT布局域的更換也可以導(dǎo)致新的聚酮化合物的產(chǎn)生41，比方，用RAPS模塊2中具有丙二酰A特異性的AT2更換DEBS1TE中模塊1中具有甲基丙二酰A特異性的AT1，產(chǎn)生了預(yù)期的兩個(gè)新的三酮內(nèi)A：只包羅模塊1、2和TE布局域的截短了的DEBS；B：將averetin的起始加載模塊(灰色區(qū))代替紅霉素的起始加載模塊；：紅霉素全長(zhǎng)DEBS；D：將利福霉素的起始加載模塊(灰色區(qū))代替紅霉素的起始加載模塊圖4聚酮合酶模塊中布局域淘汰表示圖圖5聚酮合酶模塊中布局域增長(zhǎng)表示圖酯，這兩個(gè)新產(chǎn)物在內(nèi)酯環(huán)的4位都缺少了一個(gè)甲基42。在別的一個(gè)實(shí)行中，用丙二酰A特異性的三個(gè)異源AT布

26、局域來(lái)更換甲基丙二酰A特異性的DEBSAT1或AT2布局域，也產(chǎn)生了新的紅霉素衍生物。Lin品級(jí)一次實(shí)行在全長(zhǎng)的PKS中舉行布局域的更換，他們將紅霉素PKS模塊6的甲基丙二酰埋頭性AT更換成來(lái)自于雷帕霉素PKS模塊2的丙二酰埋頭性AT，效果在產(chǎn)物中產(chǎn)生在2位缺少一個(gè)甲基側(cè)鏈的新化合物(圖6)。在6dEB的立體布局中，其羥基有S和R兩種構(gòu)型，而羥基的構(gòu)型由相應(yīng)模塊中的KR酶域決定，通過(guò)更換KR酶域可以改變6dEB的立體布局。比方用雷帕霉素KR2更換紅霉素DEBS3中的KR6合成了3位羥基差向異構(gòu)的6dEB衍生物22。2.7前體引導(dǎo)下的新聚酮化合物的合成除上述要領(lǐng)外，還可用粉碎PKS模塊1的KS布

27、局域活性，再通過(guò)添加得當(dāng)前體合成新的聚酮化合物43，44。Jabsen等實(shí)行了用差異前體產(chǎn)生化合物的構(gòu)思44，他們起首得到了紅霉素合成途徑中第一步縮合步調(diào)被阻斷的突變株，然后再通過(guò)外加差異的人工合成的小分子化合物，得到差異的聚酮化合物(圖7)。3預(yù)測(cè)自1990和1991年英國(guó)劍橋大學(xué)的PeterLeadlay和美國(guó)Abbtt實(shí)行室的LenardKatz在紅霉素生物合成途徑中第一次展現(xiàn)基因和酶所具有的模塊特性以來(lái)45，46，通過(guò)遺傳工程對(duì)模塊PKS基因舉行可猜測(cè)的人工改革已被各國(guó)研究職員所證明，利用模塊或布局域增長(zhǎng)、淘汰、更換等多種組合生物學(xué)本領(lǐng)方案和改革基因簇，形成一系列非天然的天然性化合物，

28、在藥物創(chuàng)新方面獲得了一系列打破，這種打破不但具有其緊張的底子理論的代價(jià)，也具有埋伏的應(yīng)用遠(yuǎn)景，但仍舊存在很多未解之謎和艱巨挑釁值得人們舉行更深化研究和探究。一個(gè)緊張的挑釁就在于只管如今人們可以對(duì)癥下藥地對(duì)PKS模塊或布局域舉行基因的定向操縱，但要面對(duì)息爭(zhēng)決的題目是這些產(chǎn)生了生物合成途徑變革所產(chǎn)生的新的布局中央體怎樣被卑劣的模塊或布局域或后修飾基因所“等量齊觀予以采取而發(fā)揮作用？這直接影響整個(gè)流水線(xiàn)的順?biāo)爝\(yùn)轉(zhuǎn)和末了產(chǎn)量。隨著人們的積極，越來(lái)越多的呈模塊布局的聚酮生物合成途徑被創(chuàng)造，但仍舊還不明晰哪些模塊或布局域必須存在于同一個(gè)多肽中才氣發(fā)揮作用？哪些模塊或布局域可以以單個(gè)卵白的情勢(shì)來(lái)發(fā)揮成效？在

29、如許一條裝配線(xiàn)上，假設(shè)可以裝配的單個(gè)部件越多，那么可以想象通過(guò)擺列組合所形成的產(chǎn)物的種類(lèi)就越富厚。只管云云，某個(gè)改革的特定的生物合成途徑如今只能產(chǎn)生一個(gè)或少數(shù)多少個(gè)新的產(chǎn)物，它仍舊屬于低通量，還無(wú)法“為所欲為、“十拿九穩(wěn)地產(chǎn)生一整套包羅多個(gè)差異突變的PKS，從而一次性地得到布局特定并且種類(lèi)繁多的新的聚酮化合物庫(kù)，這另有待于人們對(duì)聚酮中央物在PKS差異模塊之間轉(zhuǎn)運(yùn)紀(jì)律的深化展現(xiàn)。別的，很多聚酮化合物在合成的初期每每是沒(méi)有生物學(xué)活性的，只有當(dāng)其從PKS裝配線(xiàn)上開(kāi)釋下來(lái)后顛末一系列差異的后修飾，如氧化、糖基化等歷程才終極完成。因此，這也為通過(guò)組合生物合成制造新產(chǎn)物提供了時(shí)機(jī)，比方可以通過(guò)改革和更換相

30、應(yīng)的后修飾基因來(lái)實(shí)現(xiàn)產(chǎn)物創(chuàng)新。除了對(duì)現(xiàn)有基因的報(bào)酬改革之外，人們還在繼承從天然界中探求更多、布局更新奇、活性更特別的新的“原質(zhì)料，在這些新的原質(zhì)料創(chuàng)造的同時(shí)，也大概陪同著新的生物合成途徑的展現(xiàn)，這無(wú)疑也為新的非天然“天然產(chǎn)物的制造帶來(lái)新的方案藍(lán)圖。另一個(gè)挑釁來(lái)自于從技能和應(yīng)用的角度可用于聚酮化合物高效表達(dá)的宿主體系的生長(zhǎng)和應(yīng)用。參考文獻(xiàn)1DanielR,EbertKhslaS,HpdDA,etal.EngineeredbisynthesisfnvelplyketidesJ.Siene,1993,262:15462HpdDA,SheranDH.leulargenetisfplyketidesan

31、ditsparisntfattyaidbisynthesisJ.AnnuRevGenet,1990,24:373KatzL,DnadiS.Plyketidesynthesis:prspetsfrhybridantibitisJ.AnnuRevirbil,1993,47:8754ShenB.Plyketidebisynthesisbeyndthetype,andplyketidesynthaseparadigsJ.urrpinheBil,2022,7:2855alpartidaF,HpdDA.leularlningfthehlebisynthetipathayfaStreptyesantibit

32、ianditsexpressininaheterlgushstJ.Nature,1984,309:4626alpartidaF,HallaSE,KieserH,etal.HlgybeteenStreptyesgenesdingfrsynthesisfdifferentplyketidesusedtlneantibitibisynthetigenesJ.Nature,1987,325:8187Ba,SheldnPJ,HuthinsnR.PurifiatinandprpertiesftheStreptyespeuetiusDpsbetaketayl:aylarrierprtEinsynthaset

33、hatspeifiestheprpinatestarterunitfrtypeplyketidebisynthesisJ.Biheistry,1999,38:97528Bisang,LngPF,rtesJ,etal.AhaininitiatinfatrntbthdularandaratiplyketidesynthasesJ.Nature,1999,401:5029FunaN,hnishiY,FujiiI,etal.AnepathayfrplyketidesynthesisinirrganissJ.Nature,1999,400:89710arreras,SantiDV.Engineering

34、fdularplyketidesynthasestprduenvelplyketidesJ.urrpinBitehnl,1998,9:40311LeadlayPF.binatrialapprahestplyketidebisynthesisJ.urrpinheBil,1997,1:16212alshT,GehringA,einrebPH,etal.PsttranslatinaldifiatinfplyketideandnnribsalpeptidesynthasesJ.urrpinheBil,1997,1:30913Khsla.Harnessingthebisynthetiptentialfd

35、ularplyketidesynthasesJ.heRev,1997,97:257714KatzL.anipulatinfdularplyketidesynthasesJ.heRev,1997,97:255715HpdDA.GenetintributinstunderstandingplyketidesynthasesJ.heRev,1997,97:246516DanielR,Ka,HangSJ,etal.EngineeredinterdularandintradularplyketidesynthasefusinsJ.heBil,1997,4:66717aneDE,alshT,Khsla.H

36、arnessingthebisynthetide:binatins,perutatins,andutatinsJ.Siene,1998,282:6318BhI,HlzbaurIE,HanefeldU,etal.Engineeringfainialdularplyketidesynthase,andtargetedalteratinfthesterespeifiityfplyketidehainextensinJ.heBil,1998,5:40719StauntnJ.binatrialbisynthesisferythryinandplexplyketidesJ.urrpinheBil,1998

37、,2:33920RanganathanA,Tiney,Byrft,etal.Knledgebaseddesignfbidularandtridularplyketidesynthasesbasedndainanddulesaps:arutetsiplestatinanalguesJ.heBil,1999,6:73121KeatingTA,alshT.Initiatin,elngatin,andterinatinstrategiesinplyketideandplypeptideantibitibisynthesisJ.urrpinheBil,1999,3:59822DanielR,Thahai

38、penetA,Gustafssn,etal.ultiplegenetidifiatinsftheerythryinplyketidesynthasetprduealibraryfnvel“unnaturalnaturalprdutsJ.PrNatlAadSiUSA,1999,96:184623arreras,AshleyG.anipulatinfplyketidebisynthesisfrnedrugdisveryJ.EXS,2000,89:8924FlssHG.Antibitibisynthesis:frnaturaltunnaturalpundsanipulatinfplyketidebi

39、synthesisfrnedrugdisveryJ.JIndirbilBitehnl,2001,27:18325RdriguezE,DanielR:binatrialbisynthesisfantiirbialsandthernaturalprdutsJ.urrpinirbil,2001,4:52626DuL,ShenB.BisynthesisfhybridpeptideplyketidenaturalprdutsJ.urrpinDrugDisvDevel,2001,4:21527StauntnJ,ilkinsnB.binatrialbisynthesisfplyketidesandnnrib

40、salpeptidesJ.urrpinheBil,2001,5:15928DuL,Sanhez,ShenB.Hybridpeptideplyketidenaturalprduts:bisynthesisandprspetstardengineeringnvelleulesJ.etabEng,2001,3:7829KatzL.EngineeringplyketidesynthasesJ.SirldJ,2002,2:12730BehalV.HybridantibitisJ.Fliairbil(Praha),2022,48:1731LiuGF,Khsla.BuildingblkseletivityfplyketidesynthasesJ.urrpinheBil,2022,7:27932KealeyJT.reatingplyketidediversitythrughgenetiengineeringJ.FrntBisi,2022,8:133JabsenJR,KeatingelayAT,aneDE,etal.Preursrdiretedbisynthesisf12ethylerythryinJ.Birgedhe,1998,6:117134XueQ,AshleyG,HuthinsnR,etal.Aultiplasidappra