魯洲　周俊　何璟

摘要：通過生物信息學(xué)分析，利用基因組發(fā)掘技術(shù)發(fā)現(xiàn)鏈霉菌SH-62基因組中至少含有37個(gè)次級(jí)代謝產(chǎn)物的生物合成基因簇，除了有4個(gè)基因簇分別與已知的腸道菌素、潮霉素A、尼日利亞菌素和格爾德霉素的生物合成基因簇具有高度同源性以外，其他基因簇的功能鮮見報(bào)道。在不同發(fā)酵培養(yǎng)基上培養(yǎng)鏈霉菌SH-62，利用高分辨率的LC-MS對(duì)發(fā)酵產(chǎn)物進(jìn)行分析，發(fā)現(xiàn)鏈霉菌SH-62確實(shí)能夠產(chǎn)生腸道菌素、潮霉素A和尼日利亞菌素，從而證明了基因組發(fā)掘策略確實(shí)能夠指導(dǎo)代謝產(chǎn)物的分離及鑒定。

關(guān)鍵詞：鏈霉菌SH-62；基因組發(fā)掘；生物合成基因簇；天然產(chǎn)物

鏈霉菌是主要的抗生素產(chǎn)生菌，它所產(chǎn)生的抗生素約占已知抗生素的56%。鏈霉菌活性天然產(chǎn)物中大部分容易分離的已經(jīng)得到鑒定。傳統(tǒng)的基于生物活性篩選新型天然產(chǎn)物的方法，由于其低效性和盲目性，使得天然產(chǎn)物的開發(fā)遭遇了瓶頸。過去20年中，美國食品和藥物管理局（FDA）每年批準(zhǔn)生產(chǎn)抗生素的數(shù)量均有下降。另一方面，現(xiàn)有抗生素的耐藥性病菌的出現(xiàn)及擴(kuò)散，迫使研究人員尋找新的篩選方法來獲得更多更新的藥物以應(yīng)對(duì)危機(jī)。

隨著測序技術(shù)的快速發(fā)展和測序價(jià)格的大幅下降，越來越多的微生物基因組得到了測序。目前，登錄NcBI Genomes數(shù)據(jù)庫的細(xì)菌基因組有5 451個(gè)，鏈霉菌基因組有177個(gè)。同時(shí)，功能越來越強(qiáng)大的生物信息學(xué)軟件也相繼出現(xiàn)，不僅可以分析基因組中可能存在的次級(jí)代謝產(chǎn)物生物合成基因簇，而且能夠預(yù)測一些聚酮類、非核糖體多肽類、吲哚生物堿類、萜類以及羊毛硫肽類天然產(chǎn)物的核心結(jié)構(gòu)。眾多的鏈霉菌基因組的生物信息學(xué)分析表明，單一基因組就能夠攜帶超過30個(gè)次級(jí)代謝產(chǎn)物的基因簇，因而鏈霉菌屬合成天然產(chǎn)物的潛力還遠(yuǎn)遠(yuǎn)沒有得到充分利用。近年來，人們通過對(duì)微生物基因組信息進(jìn)行分析有目的地發(fā)掘新型天然產(chǎn)物的策略，即基因組發(fā)掘（Genome mining）應(yīng)運(yùn)而生，并且可能成為解決抗生素危機(jī)的有效方法之一。

鏈霉菌SH-62是華中農(nóng)業(yè)大學(xué)周放教授于1987年從湖北房縣土壤中分離得到的一株吸水鏈霉菌。該鏈霉菌擁有良好的生物活性，不僅對(duì)枯草芽孢桿菌、蘇云金芽孢桿菌、金黃色葡萄球菌等革蘭氏陽性菌有很好的抗菌效果，而且對(duì)啤酒酵母、卡爾斯伯酵母、擲孢酵母、黃曲霉、匐枝根霉以及多種植物病原真菌有良好的拮抗作用。通過基因組掃描和生物信息學(xué)分析，發(fā)現(xiàn)該鏈霉菌基因組中含有至少37個(gè)天然產(chǎn)物的生物合成基因簇，其中18個(gè)為聚酮合酶（PKS）和/或非核糖體多肽合成酶（NRPS）基因簇。絕大多數(shù)基因簇都是新穎獨(dú)特的，具有合成新型天然產(chǎn)物的潛力。本試驗(yàn)通過研究鏈霉菌SH-62基因組中一些假定的生物合成基因簇和其對(duì)應(yīng)產(chǎn)物之間的相關(guān)性，驗(yàn)證利用基因組發(fā)掘策略指導(dǎo)鏈霉菌SH-62天然產(chǎn)物分離的可行性，為后期基因組發(fā)掘技術(shù)在開發(fā)新型活性天然產(chǎn)物中的廣泛應(yīng)用奠定基礎(chǔ)。