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天然产物数量庞大,结构、活性及作用机制复杂多样,是新药开发的重要源泉。放线菌是天然产物的最主要来源,众多放线菌来源的天然产物及其衍生物为癌症、阿尔兹海默症和疟疾等疾病的治疗做出了很大贡献。但近年来天然产物的重复发现率越来越高,多重耐药菌株不断出现,对抗生素的研发速度及质量提出了更高的要求。海洋为巨大的生物资源宝库,很多海洋放线菌为了适应低温低氧高盐高压的极端环境,衍生出多种抗逆机制,使其次级代谢途径更加特殊,产物结构更加新颖,海洋放线菌天然产物是药物先导化合物的重要来源。本研究聚焦于海洋放线菌中新型活性天然产物的挖掘。首先从海洋沉积物中分离到多株具有抗菌活性的放线菌,并对Streptomyces sp.S42进行活性为指导的天然产物挖掘,但仅鉴定出已知化合物司帕霉素。然后通过16S rDNA序列比对发现Streptomyces sp.S42的分类地位较新,通过基因组测序发现其基因组编码25个天然产物生物合成基因簇,大多与已知基因簇相似度较低,因此有必要对其进行基因组挖掘。本研究选择Streptomyces sp.S42中五个新颖的孤儿基因簇(最大77kb)利用Red/ET重组工程技术进行直接克隆,通过组合生物学重构实现其中三个基因簇的异源表达,最后鉴定出四个活性良好的化合物。主要研究结果如下:1、从海洋沉积物中分离到15株放线菌以来源于黄河三角洲的土壤样品和来源于鳌山湾的海泥样品为实验材料,共分离得到15株放线菌,大多分布在微球菌目、链霉菌属及拟诺卡氏菌属。2、以活性为指导从Streptomyces sp.S42中鉴定出已知化合物司帕霉素对分离菌株通过OSMAC方法进行发酵初探,共有七株放线菌的代谢产物具有抗菌活性。对活性良好的Streptomycessp.S42发酵液以活性为指导进行天然产物分离,利用硅胶柱层析及HPLC制备,从发酵液中分离到一种抗菌物质,通过HPLC-MS及NMR分析,鉴定该活性物质为司帕霉素(Sparsomycin)。3、异源表达激活Streptomyces sp.S42中的孤儿基因簇BGC14由于Streptomyces sp.S42的分类地位较新,且含有大量新颖的次级代谢产物生物合成基因簇,因此对其进行基因组挖掘。本研究利用Red/ET重组工程技术对新颖的Ⅱ型PKS基因簇BGC14进行直接克隆,确定异源表达宿主白色链霉菌S.albus J1074,成功实现BGC14的异源表达。然后通过启动子工程及调控基因修饰等方法重构基因簇,显著提高化合物产量。随后通过硅胶柱层析及HPLC制备分离到5个代谢产物,通过NMR鉴定了化合物TXN 4a、TXN 4b、TXN 4c的结构,根据二级质谱的断裂规律推测了化合物TXN 4d的结构,其中TXN 4c和TXN 4d为新化合物。产物TXN 4a、TXN 4b、TXN 4c、8均为蛋白酪氨酸磷酸酶抑制剂,产物8对黄嘌呤氧化酶的抑制活性仅次于上市药物别嘌呤醇。除此之外,化合物8对金黄色葡萄球菌(Staphylococcus aureus)ATCC 29213有抗菌活性,化合物TXN 4b对人乳腺癌细胞MCF-7有细胞毒性,因此,BGC14的代谢产物具有糖尿病、肥胖症及痛风治疗的应用前景。最后通过组合生物合成得到BGC14/txn杂合基因簇。同时推测BGC14的生物合成途径由6个基因组成的最小 PKS(Minimal PKS)负责。4、克隆 Streptomycessp.S42中其他四个新颖的孤儿基因簇除BGC14外,Streptomyces sp.S42的基因组中仍含有多个新颖基因簇有待挖掘。本研究利用Red/ET重组工程技术成功克隆了Streptomyces sp.S42中的四个新颖孤儿基因簇,包括Ⅰ型PKSBGC21、NRPS BGC17、PKS/NRPS杂合基因簇BGC25A和BGC25B。通过启动子工程及调控基因修饰对基因簇进行重构,成功实现BGC25A和BGC25B的异源表达。其中BGC25A编码烯二炔类化合物;BGC25B 比较新颖,暂无已知的相似基因簇,具有产生新型代谢产物的潜力。