近日，微生物技术国家重点实验室卞小莹教授课题组合作在非核糖体肽类微生物次级代谢产物的挖掘、生物合成与改造领域取得重要进展，相关研究成果以“BiosynthesisandengineeringofthenonribosomalpeptideswithaC-terminalputrescine”为题，发表于国际著名期刊NatureCommunications（2023, 14(1): 6619；中科院一区），山东大学为第一完成单位和通讯作者单位。

非核糖体肽是最主要的微生物次级代谢产物，是由一类称为非核糖体肽合成酶组装合成的结构和生物活性多样的多肽类化合物，比如抗生素青霉素、万古霉素、达托霉素和多粘菌素等。非核糖体肽在N末端通常有脂酰基修饰，对其生物活性和毒性具有重要的影响。除了N末端含有不同脂酰基之外，非核糖体肽的C末端也有多种额外末端基团修饰，如苏氨酸、腐胺等。然而关于非核糖体肽中C末端腐胺基团的引入机制及功能仍然不清晰。

该研究利用基因组挖掘策略（PNAS 2018）从伯克氏菌中发现了一类新型非核糖体肽glidonins，其衍生物的N末端具有多种修饰，但是C末端都含有一致的腐胺基团。采用生物信息学分析、体内基因敲除、点突变与大量的体外酶学试验等相结合的策略，阐明了glidonin的生物合成途径。尤其是首次阐明了C末端腐胺基团的装载机制，腐胺基团是由终止模块的缩合结构域识别并将其装载到肽链上同时释放获得最终的glidonin产物。并通过腐胺引入模块替换策略实现了在其它两类非核糖体肽的C末端引入腐胺基团，其新型衍生物的抗炎活性有所提高，腐胺引入有助提高化合物的活性或水溶性。最后研究发现N-端脂酰化的glidonins能抑制其本源宿主的生长和促进生物膜形成，而未脂酰化的glidonins则不能，因此脱酰化可能是天然宿主的一种解毒机制。该研究首次揭示了含有C末端腐胺非核糖体肽类次级代谢产物结构与功能多样性的形成机制，并建立了工程化改造方法，是课题组继脂肪酸链装载(Nat Commun2021)、羟基化氨基酸生物合成(Angew Chem Int Ed2022)之后，在非核糖肽类次级代谢产物研究领域的又一重要贡献，加深了对该类复杂次级代谢途径的认知，有助于理性改造非核糖肽类代谢产物用于医药与农业用品研究。

图1 Glidonins的生物合成途径

该论文由山东大学、中国科学院深圳先进技术研究院等单位的相关学者合作完成。微生物技术国家重点实验室原博士后陈汉娜博士（现为临沂大学讲师），中国科学院深圳先进技术研究院合成生物研究所助理研究员钟林博士和微生物技术国家重点实验室周海波副研究员为共同第一作者，卞小莹教授为论文通讯作者，张友明教授和涂强副研究员也对课题有重要贡献。该项研究工作得到了国家重点研发计划、国家自然科学基金、山东省自然科基金，山东大学青年交叉科学创新群体和中央高校青年团队等项目的资助。山东大学微生物技术国家重点实验室生命环境研究公共技术平台为本工作提供了重要技术支持。

原文链接：https://www.nature.com/articles/s41467-023-42387-z