近日，山东大学微生物技术国家重点实验室张友明团队在Metabolic Engineering在线发表了题为“High-yield production of FK228 and new derivatives in aBurkholderia chassis”的研究论文，微生物技术国家重点实验室博士生宫恺为论文第一作者，李瑞娟助理研究员、张友明教授以及宋超逸博士后为该研究的共同通讯作者，山东大学微生物技术国家重点实验室为第一完成单位和通讯作者单位。

FK228（Romidepsin，罗米地辛）是一类由编码I型聚酮合酶（PKS）和非核糖体多肽合成酶（NRPS）杂合基因簇催化合成的一种特殊的双环缩酚酸肽类化合物。因其结构上含有一个独特的二硫键功能基团，该功能团在FK228进入细胞内被还原形成硫醇，与组蛋白去乙酰化酶（HDACs）催化域中心的二价锌离子（Zn²⁺）发生螯合反应，从而抑制HDACs的活性。然而，鉴于FK228的生产菌株产量低（19 mg/L）、化学合成复杂且收率低以及该类化合物的心脏毒性等缺点，开发有效的合成生物学平台以高产和改造该类药物已经成为研究重点。

在该研究工作中，作者首先凭借优化的Burkholderia特异性同源重组系统，敲除了B. thailandensisE264基因组中编码FK228类骨架化合物thailandepsins（tdp）的生物合成基因簇（BGC），并且添加attB整合位点，构建底盘菌株KOGC1，用于高产量生产FK228系列天然产物。通过Red/ET技术将直接克隆获得的tdp BGC与编码FK228 BGC（dep）进行模块替换。构建的杂合BGC（R-tdp-dep）将其整合到KOGC1的attB位点中，异源表达产生FK228和新的衍生物1。值得注意的是，FK228的产量达到581mg/L，比原始生产菌株Chromobacterium violaceum No. 968的产量高出30倍，是目前已知最高产量。除此之外，通过对杂合R-tdp-dep BGC和R-tdp的NRPS模块4或6进行替换，产生7种新的FK228衍生物（2‒8），这些衍生物的氨基酸组成各不相同。特别是化合物2和3的产量分别高达985mg/L和453mg/L，并且化合物2和3显示出比FK228更强的细胞毒性活性。总而言之，这项工作为FK228及其新衍生物的高产生产提供了一个强大的合成生物学平台，极大地丰富了FK228类家族，为开发新的抗癌药物奠定了基础。同时还证实了A₄-T₄-C₄结构域单元替换可能是产生新的有价值的“非天然”天然产物的有效策略。

本项工作得到了国家重点研发计划、山东省自然科学基金等项目的资助。山东大学生命环境研究公共技术平台为该研究工作提供了重要技术支持。

文章链接：https://doi.org/10.1016/j.ymben.2022.12.002