隐藏天然产物的发现.pptVIP

激活微生物体内隐藏天然产物的生物合成Kirstin Scherlach and Christian HertweckTranslated from The Royal Society of Chemistry 2009.7 非常值得思考的问题： 微生物体产生的天然产物是新型药物的重要资源，但在标准实验室条件下培养微生物时，我们只能得到1%~10%的微生物，剩下的90%~99%在哪里？ 为什么在实验室中采用传统分离筛选方法，我们得到如此之少的微生物种类和代谢产物？ 我们应该怎么办？ 微生物的传统筛选方法存在较高的重现率，因此我们清楚传统方法不能充分和利用微生物资源。 我们应该根据生物学的新发展采取新方法来激活微生物体内“隐藏天然产物”的生物合成:外部条件诱导、共培养及基因组方法，如基因组挖掘、表观遗传修饰及工程途径激活。 1 改变培养条件、外部刺激及压力来开发微生物资源 “OSMAC”（一株菌株多种化合物） 培养条件的改变： 自来水 蒸馏水 固体培养基 液体培养基 培养温度 37℃ 42℃ 酶抑制剂会影响生物合成途径的激活 短时间热激；乙醇处理；模拟天然生长环 境…… 培养条件、外部化学诱导及压力因子对天然产物生物合成的影响；这些影响因子激活沉默基因，使其表达出新型代谢产物。 2 共培养条件下的种间干扰产生新型代谢产物 在微生物群体或种间关系等复杂环境条件下次级代谢产物的研究成为热点 近来采用基因敲除方法得到抗生素的生物合成的基因，为合成新的结构类似物提供了依据。 微生物体之间的化学信号及物理干扰激活沉默基因表达 化学信号交换：生物体产生激活沉默基因表达的信号分子 （1）激活新型天然产物生物合成的基因--计算机虚拟预测药物 （2）编码次级代谢产物的基因组的表观遗传修饰 （3）激活特有的调控基因途径 （4）生物合成沉默基因的异源表达 3 基因组方法：从计算机虚拟预测药物到途径工程  （1）激活新型天 然产物生物合成的基因--计算机虚拟预测药物 由沉默基因位点编码的假定化学结构的计算机虚拟预测药物，则能直接有哪些信誉好的足球投注网站到相关代谢物。 由沉默基因簇 预测代谢产物 检测目标菌株基因组 ，找到与某抗生素基因簇同源的序列，各种条件下测定目标菌株代谢产物范围，得到多种抗生素类似物。 （2）编码次级代谢产物的基因组的表观 遗传修饰  采用表观遗传修饰来启动代谢产物的生物合成：表观遗传修饰可抑制组蛋白去乙酰化酶和DNA甲基化酶的活性。 （3）激活调控基因的特殊途径 用诱导型启动子构建的基因来激活沉默基因表达，产生目标代谢产物。 诱导因子基因 一定条件、组织或一定发育阶段转录 mRNA 翻译 非活化转录因子 活化转录因子 条件、组织、时间 +1 基因（可诱导） 表达 引起发育或一定条件下的基因表达 诱导型因子结合的元件称为应答元件（response element) （4）沉默生物合成基因的异源表达 克隆沉默基因转到异源寄主中表达，形成新型天然代谢产物。 方法总结 1 培养条件 物理化学诱导 压力因素 2 共培养 种间干扰 3 基因组方法 计算机虚拟预测药物 沉默基因的表观遗传修饰（转录水平） 激活调控基因的特殊途径（转录水平） 沉默基因的异源表达 开发微生物资源的其他途径 1 通过组合生物合成获得新型复杂化合物的实现途径： （1）通过置换、插入、缺失、定点突变及基因敲除等手段改变生物合成基因簇。 （2）将不同来源的天然产物生物合成基因进行重组，构建类似物库。 2 高通量离体筛选 高通量离体筛选是发现针对某一特定靶标的活性物质。 化合物库已成为决定高通量离体筛选效率的最关键因素。 从化合物库中筛选出对病原微生物某种酶有活性的化合物，对该化合物进行结构修饰。 3 基于宏基因组学的开发策略 宏基因组路线基本上可以分为四个步骤： 提取大片段DNA 构建宏基因组文库 筛选基因 表达功能基因 产物的分子生化鉴定 宏基因组学的长远目标是根据宏基因组文库的重复片段和序列信息，运用生物信息学方法组装每条染色体，从而重构不易培养微生物的基因组。 4 抗生素耐药性诱变技术 先测定到无活性菌株对某抗生素的最小抑制浓度，筛选产生抗生素抗药性的突变菌株，产生抗药性菌株的核糖体结构发生改变，引起菌株合成次级