深海来源链霉菌次级代谢产物合成潜力挖掘研究获进展

　　高压、高盐及低温的深海环境曾被认为是生命的荒漠。随着海洋科学技术的发展，人们对深海的探索能力日益增强，发现了深海（甚至万米深的马里亚拉海沟）也有微生物的生命活动，并从深海沉积物样品中分离鉴定了多个种属的放线菌。基因组测序表明，一些深海来源的放线菌基因组中还蕴藏着许多次级代谢产物合成基因簇，但大部分基因簇通常不表达，因此，其代谢产物潜力还有待深入挖掘。近年来，基因组挖掘技术、转录组挖掘技术、蛋白质组学技术的发展以及这些技术的组合，已经成功激活了部分生物合成基因簇，获得了相应产物的化学结构。尽管如此，传统意义上的改变菌株培养条件的方法仍是激活“沉默”基因簇的一种有效方法。

　　中国科学院南海海洋研究所热带海洋生物资源与生态重点实验室在过去十年内，依托基金委的南海开放航次和印度洋航次，已经积累了大量深海来源的可培养放线菌。研究人员对一株深海来源的链霉菌SCSIO 03032进行了系统的次级代谢产物生产潜力的挖掘，从该株链霉菌中共分离得到21个次级代谢产物，含15个新化合物。

　　Streptomyces sp. SCSIO 03032由张偲研究员课题组的田新朋博士提供，分离自印度洋孟加拉湾深达3412米的海底沉积物样品（来自2010年春季的印度洋航次）。研究人员发现，该菌在不同的培养条件下可生成不同的代谢产物。当将该菌培养于改良的A1BFe + C培养基中时，发现它可以产生结构新颖独特的双吲哚螺环生物碱spiroindimicins A-D，已知化合物lynamicins A和D，其中 spiroindimicin B具有中等的细胞毒活性（Organic Letters 2012, 14, 3364-3367）。这些化合物发表后，被天然产物领域内的综述性期刊Natural Product Reports （"Hot off the press", 2012, 29, 1033-1037）列为热点化合物。

　　研究人员发现，在相同的培养条件下，该菌还能生产α-pyridone类抗生素mer-A2026B和piericidin A1。Piericidin A1是线粒体和细菌NADH-泛醌氧化还原酶的强效抑制剂。通过基因组扫描，研究人员定位了piericidin A1的生物合成基因簇，阐明了羟化酶Pie E和甲基化酶Pie B2的生物学功能，并从ΔpieE突变株中获得了一个新的C-2/C-3环氧的α-pyridone类抗生素piericidin E1（Organic Letters 2014, 16, 734-739）。

　　最近，研究人员进一步通过扩大规模培养SCSIO 03032，从改良的A1BFe + C培养基中继续发现了一些微量成分，包含7个新的吲哚生物碱类化合物，经鉴定为结构独特的去芳构化双吲哚生物碱indimicins A-E及新的类似物lynamicins F和G （Journal of Natural Products, DOI： 10.1021/np500362p）。

　　为深入发掘菌株SCSIO 03032的次级代谢产物合成潜力，研究人员系统检测了其在7个不同培养条件下的代谢图谱。在改良的ISP3培养基中，该菌能生产三个新的大环内酰胺类抗生素heronamides D-F（Journal of Natural Products, 2014, 77, 388-391）。

　　Streptomyces sp. SCSIO 03032是一株深海来源的链霉菌，进一步对其基因组测序分析表明它还含有26种可能编码次级代谢产物的基因簇。研究人员已经定位了spiroindimicins A-D，indimicins A-E等含有独特的螺环或去芳构化吲哚环结构化合物的基因簇，正在研究它们的生物合成机理。这些化合物不仅丰富了吲哚生物碱的化学多样性，也为生物化学家解析深海放线菌中存在的独特的酶学机制提供了材料及支持。他们的工作也再次表明，深海来源的放线菌能有潜力生产结构独特和多样的代谢产物，值得进一步深入研究。

　　这些工作主要由张文军博士、李苏梅博士、陈耀龙及朱义广博士完成，获得了国家自然科学基金委、科技部、中科院及广东省等项目的资助。