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1、組合生物合成一、定義組合生物合成（CombinatorialBiosynthesis）：是在微生物次級代謝產物生物合成基因和酶學基礎上形成的,通過對微生物代謝產物合成途徑中涉及到的一些酶的編碼基因進行操作(如替換、阻斷、重組等)來改變生物合成途徑產生新的代謝旁路,利用天然產物生物合成機制獲得大量新的“非天然”天然產物的方法。1985年,Hopwood教授在世界首次報道用遺傳工程的手段合成“非天然”的天然產物isochromanequinone,為后來的組合生物合成奠定了基礎。這一領域成為天然產物代謝工程研究中最活躍的領域,許多微生物次級代謝研究的專家都加入這一領域的工作,因為
2、組合生物合成有潛力制造出很多先導化合物。美國加州高新技術產業(yè)公司研制的埃波霉素(epothilone)作為抗腫瘤藥物于2007年上市。霉素原來由纖維堆囊黏細菌產生,其產量低,繁殖時間長,產品無法進行產業(yè)化生產。該公司利用基因組合技術使纖維堆囊黏細菌的埃波霉素生物合成基因在鏈霉菌中得到表達,并通過?；D移酶功能域替換及羥基化酶基因的阻斷,獲得了主要產生埃波霉素中抗腫瘤活性最好組分的epothiloneD的基因工程菌。組合生物合成通過對天然產物代謝途徑的遺傳控制來生物合成新型的復雜化合物：一方面，特異性地遺傳修飾天然產物的生物合成途徑，以此獲得基因重組菌株，生產所需要的天然產物及
3、其結構類似物；另一方面，將不同來源的天然產物生物合成基因進行重組，在微生物體內建立組合的新型代謝途徑，由此重組微生物庫所產生的新型天然產物構成了類似物庫，有利于從中發(fā)現和發(fā)展更具有應用價值的藥物。聚酮類(Polyketides)和非核糖體聚肽類(Non-RibosomalPolypeptides)在天然產物中占了相當大的比例，如：其生物合成是由PKS或NRPS蛋白催化、按照功能結構域和催化模塊的排列順序來指導化學結構的形成，編碼這些酶（或結構域）的基因通常特征性地成簇分布于染色體的某一區(qū)域而構成一個基因簇。這預示研究者們可以通過結構域和模塊的功能重排構建重組的PKS或NRPS
4、蛋白，從而控制聚酮或聚肽骨架結構的合成邏輯，以生產新型結構的“非天然”天然聚酮或聚肽化合物。二、聚酮類化合物聚酮類化合物是由簡單脂肪酸在聚酮合酶(Polyketidesynthase,PKS)催化下經過類似長鏈脂肪酸的合成途徑生成的。目前所發(fā)現的PKS可以歸為三類:(1)Ⅰ型PKS也稱為模塊式PKS,它由若干個多功能多肽組成,每一個多肽上都分別攜帶有獨特的、非重復使用的催化結構域；(2)Ⅱ型PKS也稱為迭代式或芳香式PKS,它是一個多酶復合體的迭代體系(至少包含KS和ACP),通過一套可重復使用的結構域在重復的反應步驟中多次用來催化酚聚酮結構的生成；(3)Ⅲ型PKS是可重復使
5、用的同源雙亞基蛋白,屬于查爾酮(chalcone)合成酶類。與前兩類PKS截然不同,不依賴于ACP,也不像前兩類PKS是通過ACP活化?；o酶A的底物,而是直接作用于?；o酶A活化的簡單羧酸。1、Ⅰ型PKSⅠ型PKS研究最為透徹,主要由酮基合成酶(ketosynthase,KS)、酰基轉移酶(acyltransferase,AT)、?；d體蛋白(acyl-carrierprotein,ACP)、脫氫酶(dehydratase,DH)、烯酰還原酶(enoylreductase,ER)和酮基還原酶(ketoreductase,KR)等功能域（結構域）組成。這些結構域組成模塊化結構
6、。KS、AT、ACP是鏈延伸反應的“最小PKS”，由AT選擇一個延伸單元，通常是乙酸或丙酸，連接到鏈上，由KS催化縮合反應，ACP吸住鏈并接受從AT來的延伸單元以備下一步縮合反應。如合成紅霉素的PKS由3條多肽鏈(DEBS1、DEBS2和DEBS3)7個模塊組成;合成雷帕霉素的PKS由3條多肽鏈(RAPS1、RAPS2和RAPS3)14個模塊組成。延伸完成的長鏈由硫酯酶（thioesterase，TE）功能域催化環(huán)化成紅霉素的前體6-脫氧紅霉內酯B（6-deoxyerythronolideB,6-DEB)AnalogousenzymaticlogicusedbytheATdo
7、maininmodularPKSs.Theacyltransferase(AT)andacylcarrierprotein(ACP)domainsarepresentinallmodules.Theketosynthase(KS)domainispresentinallchainextensionmodules.Thedehydratase(DH),enoylreductase(ER),andketoreductase(KR)domainsareoptionaldomains.acyltransfera
