摘要:

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摘要:2012年12月在上海召开的“首届中国放线菌生物学与产业化研讨会”标志着我国放线菌研究专业学术组织的正式成立。从建国初期开始, 经过几代放线菌研究者的不懈努力, 从无到有, 不断开拓、发展和创新放线菌的基础和应用研究, 使得我国放线菌研究的队伍不断壮大, 若干方向的研究水平处于国际前沿。为了展现放线菌研究的最新进展, 《微生物学通报》针对本次研讨会组织出版了本期“放线菌生物学与生物技术专刊”, 以期促进放线菌及相关研究领域的发展。

摘要:达托霉素是由玫瑰孢链霉菌(Streptomyces roseosporus)生产的一种环脂肽类抗生素, 具有强大的抗革兰氏阳性致病细菌的作用, 是继“抗生素最后一道防线”万古霉素后的新型抗生素。本文主要对达托霉素的结构、作用机制、合成基因簇及合成机制等当前的研究成果进行综述, 并且总结了利用组合生物学对达托霉素进行结构改造的策略, 以此来研究结构与活性之间的关系, 并寻找更广谱高效的抗生素。最后, 总结了提高达托霉素产量的策略, 为工业上降低达托霉素生产成本提供理论参考。

摘要:放线菌可以产生结构多样的天然产物, 其中包括很多重要的抗菌和抗肿瘤药物。糖基化修饰在天然产物中广泛存在, 糖基侧链的变化往往会影响天然产物的生物活性。本文综述了放线菌来源天然产物糖基化改造的研究进展。糖基侧链改造的方法主要分为体内基因工程和体外酶学法。运用这两种方法已经成功对多种天然产物进行了糖基侧链改造, 获得了大量带有新糖基修饰的天然产物, 其中有些生物活性得以提高。天然产物糖基侧链改造为新药开发提供了一个重要的途径。

摘要:非核糖体肽合成酶(NRPSs)催化形成复杂肽类天然产物, 其中很多显示了很好的生物学活性和医疗价值。常规NRPSs具有模块化和线性催化的特点, 然而在生物合成研究过程中也发现了很多具有非常规装配模式的NRPSs。本文针对其中4种非常规装配模式: 重复使用、非线性、模块跳跃和非核糖体前肽模式, 结合一些代表性例子做一小型综述。

摘要:氨基酸作为生物体内组成生命物质的小分子化合物, 在天然产物生物合成中扮演了非常重要的作用。色氨酸含有一个独特的吲哚环, 相对复杂的吲哚环平面结构使得色氨酸相比其他氨基酸具有更多的修饰空间。在微生物天然产物生物合成研究中, 色氨酸及其衍生物经常作为组成模块参与到天然产物的生物合成中, 本文概述了色氨酸几种不同的生物修饰方式, 包括烷基化修饰、卤化修饰、羟基化修饰、以及吲哚环的开环重排反应等。分析并总结色氨酸在天然产物生物合成中的作用, 可以增加我们对天然产物结构多样性的认识和推动天然产物生物合成机制的研究。

摘要:放线菌属由于能够产生一系列结构复杂的生物活性物质而受到广泛关注, 这些活性代谢产物的大规模发酵生产在医药、农业等领域的应用中起着重要的作用。本文综述近年来放线菌次级代谢产物产业化研究的一些新进展, 包括菌株的改造、生物过程优化和控制以及发酵放大技术, 并对这些方法和技术进行讨论。

摘要:近年来, 随着大质粒提取和检测技术的发展, 尤其是高通量DNA测序技术的应用, 使得链霉菌大的环型质粒和线型质粒的研究取得了较快的进展。相比于研究透彻的细菌Theta型复制的质粒, 链霉菌Theta型质粒在复制区的结构、复制蛋白和调控蛋白作用的分子机理等方面具有多样性和新颖性。新鉴定的许多线型质粒的中心复制区表明中心复制的起始可以靠近端粒, 一个质粒也可以有2个以上的复制区。新分离的端粒序列显示端粒“折返”不是必需的, 而形成二级结构对于端粒复制是重要的。链霉菌环型和线型质粒的测序分析显示它们之间存在亲缘关系。环型质粒可以与噬菌体共整合, 实验证明它们在一定条件下可以相互转换。这些研究结果表明, 链霉菌环型、线型质粒和噬菌体从结构到功能到进化具有多样性、新颖性和亲缘关系。

摘要:链霉菌和其他放线菌是活性天然产物的重要来源。随着基因组测序结果的飞速积累, 人们发现链霉菌中蕴含丰富的次级代谢途径, 远远超过实验室常规条件下检测到的天然产物数量。链霉菌次级代谢途径的表达受到精密而复杂的代谢调控网络的控制。链霉菌中的TetR家族成员数量大、作用机制多样, 是调控网络的重要成员。链霉菌TetR家族的成员通过配体结合域结合γ-丁酸内酯(Gamma butyrolactone, GBL)信号分子或其他小分子配体, 感受外界环境变化, 对下游靶基因进行阻遏或激活, 从而对次级代谢进行调控。本文从TetR家族的功能及结合配体的类型对该家族成员进行分类, 并总结一些已经被证实在链霉菌次级代谢调控中发挥作用的TFRs (TetR family transcriptional regulators)的作用机制。

摘要:链霉菌具有强大的次级代谢能力, 能够产生众多具有生物活性的次级代谢产物, 如目前广泛应用的抗生素、抗肿瘤药物以及免疫抑制剂等。在链霉菌中, 次级代谢产物的生物合成受到包括途径特异性、多效性以及全局性调控基因在内的多层次严格调控。关键调控基因的缺失或过表达可以显著影响次级代谢产物的生物合成, 提示对于链霉菌次级代谢重要调控基因的功能及其作用机制的研究具有巨大的潜在应用价值。其中, 作为细菌信号传导系统的双组分系统(Two-component system, TCS)一直是大家研究的关注点。越来越多的研究表明TCS在链霉菌次级代谢过程中发挥着全局性的调控功能。本文重点介绍链霉菌模式菌株——天蓝色链霉菌中TCS参与次级代谢调控的研究进展。这些TCS的功能鉴定及机制解析为工业链霉菌的定向遗传改造以提高重要次级代谢产物的含量提供了理论依据。

摘要:放线菌系统学是以实现对放线菌进行分类、鉴定、命名为目标的基础学科, 因此它是放线菌资源研究和开发利用的重要理论基础。自20世纪50年代起, 我国放线菌系统学的奠基人阎逊初院士及同事们就开创了我国放线菌系统学的研究, 经过近六十年、几代人的艰苦努力, 我国放线菌系统学工作者在国际微生物系统学权威杂志(International Journal of Systematics and Evolutionary of Microbiology, IJSEM)发表的有关放线菌新分类单元的论文数量连续十年排名稳居前列, 部分学者在国际上发表的某些改良的分类技术和新修订的分类系统等为国际同行所广泛采用, 这些均标志着我国放线菌系统学研究在国际上已成为微生物系统学界的一支重要力量。本文全面介绍了我国放线菌系统学研究的发展历程, 同时对其发展现状给予理性分析, 并就未来发展方向进行了展望。

摘要:日趋严峻的细菌耐药性问题给“抗生素传奇时代”带来了严重威胁, 传统的抗菌药物开发手段已很难应对, 因此急需新思路来寻找新型抗生素。近年来, 一些新方法新技术如新型筛选模型的构建、基因组挖掘技术以及组合生物合成等给天然产物的筛选引发了革命性的变革, 也为放线菌来源的新型抗生素的发现带来了新的希望。本文将对这些新技术及其在新型抗生素研发中的应用进展进行阐述。

摘要:放线菌是一类能够产生丰富生物小分子药物的微生物, 对人类的健康事业做出了杰出的贡献。但近几十年来, 来源于微生物并最终上市的药物越来越少, 而病原菌的抗药性问题却越发严重, 人们对新药的期待越来越迫切。本文介绍了近十年里发展迅速的合成生物学对微生物次级代谢产物研发的促进作用。合成生物学以工程化的思想对生命系统进行设计与改造, 使传统方法难以获取的放线菌次级代谢产物通过外源宿主得以产生, 充分利用了自然界的资源; 此外, 对次级代谢基因簇的合理设计和对生物元件的应用不仅使人们获得了自然界中原本不存在的新化合物, 还能使某些具有广泛应用价值药物的产量得以显著提高; 最后, 还介绍了合成生物学领域近些年DNA组装的新技术和新方法, 为从事次级代谢产物研发的工作者提供便利。

摘要:利用微生物的基因组信息预测其合成特定天然产物的潜能, 进而进行新化合物分离纯化和结构鉴定的基因组挖掘技术, 已经成为国内外研究的热点, 并在多种细菌和真菌的天然产物发现中得到成功应用。本文综述了基因组挖掘技术的最新进展, 包括生物信息分析和结构预测、基因组指导的天然产物的发现、沉默基因的激活和异源表达技术等, 以及我国学者开发的转录组挖掘技术, 并重点综述了影像质谱技术在基因组挖掘中的应用。目前对海洋放线菌进行基因组挖掘的研究还比较少, 而基因组挖掘技术的发展, 将极大地促进对海洋放线菌天然产物的发现和鉴定。未来除了充分挖掘可培养微生物的基因组, 对未培养微生物宏基因组的挖掘将进一步深入。此外, 除了开发利用基因组中合成天然产物的结构基因和调节基因, 还应该充分开发利用其他不同的遗传元件, 包括不同转录活性和响应不同环境条件和信号的启动子, 以及具有调节作用的RNA等。

摘要:随着DNA测序技术的进步, 迄今为止已有12个链霉菌基因组被测序。面对海量组学的数据, 急需采用生物信息学方法来大规模深度挖掘这些重要微生物资源, 进而实现链霉菌资源挖掘和代谢潜力释放的深度互动。围绕链霉菌基因组比较分析中菌株特有的基因组岛和次生代谢物生物合成基因簇的识别及功能解析等两个常见问题, 本文收集了近期开发的一些常用生物信息学工具和二级数据库。以链霉菌染色体核心区和两臂的划分、天蓝色链霉菌和变铅青链霉菌基因组岛的识别、卡特利链霉菌巨型质粒的鉴别为例, 简介了这些生物信息学资源的使用方法。此外, 还简述了我们课题组进行放线菌型整合性接合元件识别和开发硫肽生物合成基因簇预测新工具的一些尝试。生物信息学工具和二级数据库在链霉菌基因组比较分析中有重要作用, 可将研究重点迅速地聚焦在某株菌的可移动遗传元件和次生代谢物生成基因簇上, 确定其对应的菌株特有表型, 及解析新型化合物生物合成和调控机理。

摘要:大规模基因组测序发现放线菌基因组内包含有极丰富的天然产物合成基因, 是非常有价值的资源。放线菌基因组中负责天然产物合成的基因通常成簇存在。要想完整地克隆这些较大的基因簇并且进行功能研究, 或者通过异源表达激活原本沉默的天然产物合成基因簇, 需要大容量的载体系统和合适的异源宿主。本文重点介绍了放线菌中常用于基因组大片段克隆的载体及异源表达宿主改造的研究进展。

摘要:全球分枝杆菌组学研究取得了巨大进展, 为进化、诊断、药靶等研究提供了基础。本文结合我们实验室工作从基因组、结构基因组、转录组、蛋白质组、代谢组、激酶组、免疫组、翻译后修饰等方面总结十余年来全球分枝杆菌多组学研究进展, 对分枝杆菌生物学认识的深化以及未来研究重点进行展望。