摘要:来源于微生物的次生代谢产物是新药发现和发展的重要源泉，也是行之有效、研究生物学问题的探针工具。微生物产生次生代谢产物的目的并非为人类所用，而是以之为工具或媒介，调控其内在的生物化学过程并响应各种外部环境的变化。另一方面，微生物也通过其产物的结构改变、优化和最终选择，适应各种动态、可变的生物学过程。化学结构与生物功能的共进化，体现了自然中小分子基于普适性与特异性的演变规律。围绕微生物次生代谢产物的生物合成机制，《微生物学通报》本期推出的《微生物天然产物发现及生物合成主题刊》包括16篇论文，内容涵盖了天然产物相关的化学结构、生物学功能、合成代谢途径、酶促反应机理、生物信息学分析等多个方面。期望该主题刊的出版有助于加强我国相关领域专家之间的交流与合作，促进微生物生物化学方向的学科发展。

摘要:[背景] 海洋微生物是复杂海洋生态环境中重要的生物资源之一。海洋微生物所产生的活性天然产物极为丰富，是药物或药物先导化合物的重要来源。[目的] 探索海洋中海绵来源链霉菌Streptomyces sp. S52-B的优势生长条件，挖掘其次级代谢产物，以期分离具有良好生物活性的天然产物。[方法] 根据“One Strain Many Compounds”（OSMAC）策略，寻找利于Streptomyces sp. S52-B生长和次级代谢产物产生的优势培养基，结合质谱及特征性的紫外吸收谱图，选择培养基进行大量发酵。利用正相硅胶柱色谱、葡聚糖凝胶柱色谱和制备型高效液相色谱等进行分离纯化，并应用高分辨质谱和核磁共振光谱进行化合物结构解析。[结果] 确定培养基A–D为海洋链霉菌S52-B的优势培养基，基于紫外吸收光谱与质谱分析，从培养基A的大量发酵物中分离鉴定3个具有吡咯并[4，3，2-de]喹啉核心结构的含氯化合物，属于氨酰胺类天然产物，其中ammosalic acid为新结构化合物。[结论] 已知含有吡咯并喹啉母核的氨酰胺类家族化合物具有优良的抗癌活性。本研究从海绵来源链霉菌S52-B中分离鉴定了3个氨酰胺类化合物，其中一个是新结构化合物，不仅丰富了此类化合物家族的结构类型，也为研究其生物合成途径中的未知机理奠定了基础，还有利于结合培养条件和基因组信息从这株海绵来源链霉菌中挖掘新结构的活性天然产物。

摘要:[背景] 铁是细菌生长的基本元素，而三价铁在自然水环境中几乎无法溶解。细菌已经进化出产生各种铁载体的能力，以促进铁的吸收。对于链霉菌，其特有的铁载体是去铁胺，同时它们也可以产生其他结构的铁载体，如ceolichelin、白霉素、肠杆菌素（enterobactin）和griseobactin。[目的] 揭示链霉菌中铁载体生物合成基因簇（Biosynthetic Gene Clusters，BGCs）的分布特点和基因簇特征，并探索其所合成铁载体的化合物结构。[方法] 利用生物信息学工具系统地分析308个具有全基因组序列信息的链霉菌中的铁载体生物合成基因簇，并用色谱和波谱方法分离和表征肠杆菌素相关天然产物。[结果] 发现Streptomyces albofaciens JCM 4342和其他少数菌株同时含有一个缺少2，3-二羟基苯甲酸（2，3-DHB）生物合成基因的孤立的肠杆菌素生物合成基因簇和另外一个推测可合成griseobactin的基因簇。从S.albofaciens JCM 4342发酵液中鉴定出4个肠杆菌素衍生的天然产物，包括链状2，3-二羟基苯甲酸酯-l-丝氨酸（2，3-DHBS）的三聚体和二聚体以及它们的脱水产物。[结论] 2个基因簇间存在一种特别的协同生物合成机制。推测是griseobactin基因簇负责合成2，3-DHB，而孤立的肠杆菌素基因簇编码的生物合成酶可夺取该底物，进而完成上述4种肠杆菌素衍生天然产物的生物合成。

摘要:[背景] 菌株Lechevalieria rhizosphaerae NEAU-A2是一株新的稀有放线菌，其基因组中包含多个与次级代谢产物生物合成相关的基因簇，具有产生丰富代谢产物的潜力。[目的] 对稀有放线菌L. rhizosphaerae NEAU-A2的次级代谢产物进行研究，以期发现结构新颖或生物活性独特的化合物，并建立其遗传操作系统。[方法] 应用硅胶柱色谱和高效液相色谱等方法对菌株NEAU-A2的次级代谢产物进行分离和纯化，整合质谱分析、核磁共振等方法进行结构解析。在对该菌株全基因组测序的基础上，以基因组序列中编码杂合的聚酮合酶-非核糖体肽合成酶（Polyketide Synthase-Nonribosomal Peptide Synthetase，PKS-NRPSs）基因1609为目标基因，利用PCR-Targeting介导的基因置换技术构建重组质粒，通过接合转移的方式导入野生菌株。[结果] 从菌株NEAU-A2中分离鉴定了2个新的吲哚二聚化合物（1，2）和5个已知化合物N-乙酰色胺（3）、4-（（2-（1H-Indol-3-Yl）Ethyl）Amino）-4-Oxobutanoic Acid（4）、Brevianamide F（5）、4S，7R-Germacra-1（10）E，5E-Diene-11-Ol（6）、1H-吡咯-2-羧酸（7）。接合子通过培养2代即可获得双交换突变菌株，PCR分析结果显示PKS-NRPS基因被成功中断。[结论] 从稀有放线菌L. rhizosphaerae NEAU-A2中分离鉴定出7个化合物，并成功建立了该菌的遗传操作系统。

摘要:[背景] 红树林来源的放线菌蕴含着丰富的次级代谢产物资源，是挖掘小分子药物的重要来源。[目的] 对红树林放线菌天然产物进行研究，分离和鉴定其中的抗菌活性化合物。[方法] 采用稀释涂布平板法分离纯化红树林土壤中的放线菌，通过琼脂块法初筛和滤纸片法复筛获得具有抗菌活性的放线菌；基于16S rRNA基因序列分析和系统发育树构建确定目标放线菌种类；通过高效液相色谱法对目标放线菌的发酵产物进行分析，采用硅胶柱层析和高效液相色谱分离技术结合的活性追踪法纯化抗菌活性物质；经高分辨电喷雾电离质谱和核磁共振波谱技术鉴定抗菌活性物质的结构。[结果] 从红树林土壤中筛选到一株抗菌活性较强的放线菌ZFSM1-146，16S rRNA基因序列及其基因片段构建的系统发育树分析初步确定其为抗生链霉菌（Streptomyces antibioticus）；菌株ZFSM1-146可产生抗菌活性化合物1-3，化合物1-3经结构鉴定分别为放线菌素X_Oβ、X₂和D。经培养基初步优化，抗菌活性最强的放线菌素X₂的产量约达到原来的2倍。[结论] 从红树林土壤中筛选出一株可产生抗菌活性物质的抗生链霉菌ZFSM1-146，并鉴定出3个抗菌活性成分均为放线菌素类化合物，为后续进行放线菌素的产量优化和通过分子遗传手段进行结构改造提供了宝贵的菌种资源。

摘要:[背景] 四霉素（tetramycin）和四烯菌素（tetrin）是具有广谱抗真菌活性的四烯大环内酯类抗生素。链霉菌CB02959是一株雷纳霉素（leinamycin）类化合物的潜在产生菌株，利用antiSMASH分析其基因组发现该菌株含有一个纳他霉素（natamycin）类四烯大环内酯化合物的生物合成基因簇。[目的] 对Streptomyces sp.CB02959中次级代谢产物进行研究，确定其是否可以产生四烯大环内酯化合物，对其发酵产物进行分离和结构鉴定，并进行初步的发酵优化以提高产量。[方法] 基于生物信息学预测和高分辨质谱数据，推测CB02959中多烯化合物的结构；在不同发酵培养基中培养CB02959，确定适合大规模发酵的培养基；敲除tetrA基因以确定目标基因簇和四烯大环内酯化合物产生的相关性；分离和鉴定CB02959产生的主要代谢物的结构；通过改变培养基中葡萄糖、麦芽提取物和胰蛋白胨的含量，提高四烯大环内酯化合物的产量。[结果] 通过对CB02959中纳他霉素类化合物生物合成基因簇的分析及16S rRNA基因序列的进化树分析，推测CB02959可能是一株新的四霉素和四烯菌素产生菌；在YEME发酵培养基中对CB02959进行大规模发酵，分离得到4个化合物，鉴定为四霉素A（1）、四霉素B（2）、四烯菌素A（3）、四烯菌素B（4）；最后通过培养基的初步优化，将化合物1–4的产量分别提高至208.1、100.0、1 315.6、109.9 mg/L。[结论] 通过基因组挖掘策略发现了一株新的四霉素和四烯菌素产生菌链霉菌CB02959，并通过培养基优化提升了其四烯大环内酯化合物的产量，此发现为这类抗真菌天然产物的后续开发奠定了基础。

摘要:[背景] 雷可肽（Lexapeptide）为首例V型羊毛硫肽家族化合物，具有较好的抗革兰氏阳性菌活性，对耐甲氧西林金黄色葡萄球菌（methicillin-resistant Staphylococcus aureus，MRSA）和表皮葡萄球菌（methicillin-resistant Staphylococcus epidermidis，MRSE）的抑制作用强于广泛应用的食品防腐剂乳酸链球菌素，其对pH和高温的稳定性也优于乳酸链球菌素，具有较好的应用前景。由于抑菌机制不明确，限制了雷可肽的开发应用。[目的] 探究雷可肽抑菌作用特征以及作用机制，为雷可肽开发应用奠定基础。[方法] 通过菌落计数法与Mg²⁺试验表征雷可肽抑菌动力学曲线；采用流式细胞仪和透射电子显微镜研究雷可肽在靶细胞表面的成孔性；利用高效液相色谱与基质辅助激光解吸电离的时间飞行质谱分析雷可肽处理对革兰氏阳性菌肽聚糖前体积累的影响。[结果] 雷可肽在抑菌动力学上与乳酸链球菌素没有显著差别，但在更宽的Mg²⁺浓度范围内仍可保持抑菌活性。雷可肽处理后的细胞具有透过荧光染料的能力，生物型透射电镜观察到细胞发生破损。此外，在雷可肽作用后的细胞中检测到肽聚糖合成的前体尿嘧啶核苷二磷酸-N-乙酰胞壁酸五肽。[结论] 雷可肽能够通过抑制细胞壁肽聚糖生物合成并造成细胞损伤进而获得通透性，以此来抑制革兰氏阳性菌生长。

摘要:[背景] 乙酸肉桂酯是一种重要的香料化合物，在化妆品和食品工业上具有广泛的应用，传统的生产方法主要依靠植物提取和化学合成。[目的] 通过筛选不同植物源的酰基转移酶，利用大肠杆菌从头合成乙酸肉桂酯。[方法] 首先，通过在苯丙氨酸高产菌BPHE中表达异源基因苯丙氨酸解氨酶（Phenylalanine Ammonia-Lyase from Arabidopsis thaliana，AtPAL）、对羟基肉桂酰辅酶A连接酶（Hydroxycinnamate：CoA Ligase from Petroselinum crispum，Pc4CL）和肉桂酰辅酶A还原酶（Cinnamyl-CoA Reductase from Arabidopsis thaliana，AtCCR），并结合大肠杆菌自身的内源性醇脱氢酶（Alcohol Dehydrogenases，ADHs）或醛酮还原酶（Aldo-Keto Reductases，AKRs）的催化作用构建了从苯丙氨酸到肉桂醇的生物合成途径。然后，苯甲醇苯甲酰转移酶（Benzyl Alcohol O-Benzoyltransferase from Nicotiana tabacum，ANN09798；Benzyl Alcohol O-Benzoyltransferase from Clarkia breweri，ANN09796）或苯甲醇乙酰转移酶（Benzyl Alcohol Acetyltransferase from Clarkia breweri，BEAT）被引入到上述重组大肠杆菌中发酵培养生产乙酸肉桂酯。最后，在大肠杆菌中过表达乙酰辅酶A合成酶（Acetyl Coenzyme A Synthetase，ACS）来提高底物乙酰辅酶A的量。[结果] 探讨了3个植物源苯甲醇酰基转移酶生物合成乙酸肉桂酯的能力，并应用于合成乙酸肉桂酯的细胞工厂，最终使乙酸肉桂酯最高产量达到166.9±6.6 mg/L。[结论] 植物源苯甲醇酰基转移酶具有一定的底物宽泛性，能以肉桂醇为底物，催化合成乙酸肉桂酯。首次利用植物源的苯甲醇酰基转移酶合成乙酸肉桂酯，为微生物细胞工厂以葡萄糖作为碳源生产乙酸肉桂酯提供参考。

摘要:[背景] Skyllamycins是一类从链霉菌中发现的具有血小板生长因子抑制和生物膜抑制作用的非核糖体肽类，其环肽环合反应是由非核糖体肽合成酶中的硫酯酶功能域催化完成。[目的] 克隆和表达Skyllamycin非核糖体肽合成酶最后一个模块中的硫酯酶（Skyxy-TE）基因，合成Skyxy-TE底物类似物，通过体外催化实验表征Skyxy-TE的底物杂泛性。[方法] 采用Ligation Independent Cloning（LIC）方法，从一株含有Skyllamycin B生物合成基因簇的链霉菌Streptomyces sp.PKU-MA01239中克隆和表达skyxy-TE，通过镍离子柱亲和层析纯化Skyxy-TE。运用固相多肽合成法合成2个底物类似物1和2，进行Skyxy-TE的体外催化实验。[结果] 通过对Skyxy-TE的表达纯化，获得了纯度较好的可溶性蛋白；通过固相多肽合成，得到了能够模拟Skyllamycin B底物类似物的化合物1和2，硫酯酶蛋白体外催化化合物1和2得到了化合物3和4，化合物3和4通过核磁共振和高分辨质谱确认为环肽。[结论] Skyllamycin B生物合成中Skyxy-TE表现出一定的底物杂泛性，可以识别底物类似物催化环化反应，该研究为将来利用化学-酶联法制备更多环肽类似物提供了依据。

摘要:[背景] 斑鸠霉素及其氧化衍生物属于多环特特拉姆酸大环内酰胺类化合物，具有良好的生物活性，挖掘更多新颖斑鸠霉素类似物具有重要意义。细胞色素P450氧化酶CftA被认为能催化斑鸠霉素的氧化反应，但未有相关体外实验数据的报道。[目的] 通过体外生化实验鉴定氧化酶CftA的功能，并探索其催化斑鸠霉素氧化反应的机制。[方法] 利用基因合成的方法直接克隆斑鸠霉素氧化酶基因cftA，于大肠杆菌中诱导表达后，纯化蛋白进行体外酶反应，利用高效液相色谱与高分辨质谱联用技术鉴定酶反应产物。[结果] 在体外，氧化酶CftA催化斑鸠霉素生成一个新的氧化衍生物hydroxyikarugamycin D和一个已知氧化衍生物clifednamide A。[结论] 进行了细胞色素P450氧化酶CftA的体外生化研究，证实其能特异性催化斑鸠霉素C29位的两步氧化反应，为进一步探索斑鸠霉素P450氧化酶的催化机制，以及通过生物酶催化拓展斑鸠霉素类多环特特拉姆酸大环内酰胺化合物的结构多样性奠定了基础。

摘要:[背景] N-甲基-L-苯丙氨酸是一种N-烷基化芳香氨基酸，是重要的手性合成单元/中间体/组成成分，在医药、农业、食品等领域有重要应用价值的代谢产物中广泛存在。N-烷基化芳香氨基酸的合成与制备仍具有巨大的挑战。[目的] 在研究加兰他敏的生物合成过程中，我们从产加兰他敏的红花石蒜中克隆并表征苯丙氨酸解氨酶LrPAL3。LrPAL3催化区域及对映选择性的氢胺化反应得到L-苯丙氨酸。通过生物信息学分析，推测LrPAL3可能催化反式-肉桂酸的一步N-甲基胺化反应得到N-甲基-L-苯丙氨酸。[方法] 将反式-肉桂酸与甲胺，以及表达LrPAL3的大肠杆菌全细胞一起孵育。HPLC-DAD及HRESIMS分析表明，上述反应产物为N-甲基-苯丙氨酸。为确定该产物的立体构型，将上述催化反应放大，通过分离纯化得到该酶催化反应产物。[结果] 该化合物的氢谱数据及比旋光数据与N-甲基-L-苯丙氨酸标准品的数据一致。由此说明，LrPAL3能够催化反式-肉桂酸和甲胺发生N-烷基胺化反应，区域和立体专一性地生成N-甲基-L-苯丙氨酸。[结论] 本研究为手性N-烷基氨基酸的不对称合成提供了一种全新的绿色、高效生物催化剂。通过对LrPAL3的蛋白质定向进化及代谢工程，将会进一步扩展LrPAL3的催化反应范围，以多种N-烷基胺类及取代的苯基丙烯酸为底物，实现手性N-烷基-芳基氨基酸的高效区域及立体选择性生物合成。

摘要:微生物天然产物是天然药物的重要组成部分，而天然产物的良好生物活性很大程度上取决于发挥药效的结构基团。这些特殊药效基团的生物合成，通常是利用小分子羧酸、氨基酸等结构简单的初级代谢产物，经过复杂的生物化学过程，最终合成结构复杂活性多样的天然产物。戊二酰亚胺类天然产物是一类重要的细菌来源天然产物，它们具有良好的生物活性，是潜在的先导化合物，部分化合物已被开发成分子探针。本文综述了近年来微生物来源的戊二酰亚胺类天然产物及其生物合成研究，包括Iso-migrastatin、lactimidomyin、cycloheximide、streptimidone、gladiostatin、sesbanimide等，对戊二酰亚胺类天然产物的生物合成研究，将有效促进通过基因组挖掘策略寻找新型戊二酰亚胺类天然产物。

摘要:微生物肽类次级代谢产物是一类重要的天然产物，因含有稀有氨基酸而具有丰富的化学结构和生物活性。随着微生物天然产物分离纯化技术的发展，新型肽类产物层出不穷，在微生物次级代谢产物的研究领域扮演了重要的角色。本文综述近年来发现的来自细菌和真菌的微生物肽类代谢产物，以及采用基因挖掘等手段人工合成的新型肽类产物，并结合近年来本团队昆虫病原线虫共生菌肽类产物的研究积累，分析微生物肽类产物研究存在的问题及可能的解决方案，以期为微生物导向的新型活性肽类产物的深入发掘和应用研究提供参考。

摘要:吡咯里西啶类生物碱（Pyrrolizidine Alkaloids，PAs）在高等植物中分布广泛，目前超过6 000种植物产生了650余个PAs。源于细菌的PAs发现较少，其中clazamycin A和clazamycin B由Umezawa等在1979年报道。近年来在微生物基因组和合成生物学发展的驱动下，细菌源PAs的发现和生物合成的研究方兴未艾。截至目前，已发现12类（60余个）源于细菌的PAs，包括波米西亚胺、Azetidomonamides和Brabantamides，以及含有PAs结构单元的多烯大环内酰胺ciromicins和Heronamides。对这些结构多样、活性优异的细菌源PAs的研究发现，多数PAs依赖于一对独特的非核糖体多肽合成酶（Non-Ribosomal Peptide Synthetases，NRPSs）/拜耳-维利格单加氧酶（Bayer-Villiger Monooxygenase）生物合成其吡咯双烷基本骨架；而含有β-氨基酸的多烯大环内酰胺中吡咯双烷的形成则可能通过一个高度非对映选择性的电子重排反应途径。微生物基因组挖掘揭示了细菌中有大量沉默的PAs生物合成基因簇，说明细菌PAs在细菌进化和其环境/宿主的适应性中起着重要作用。

摘要:临床上使用的抗生素大多是由微生物次级代谢产生的天然产物及其衍生物，这类化合物可以抑制微生物的生长，具有显著的细胞毒性。产生菌在合成这些抗生素的同时，也需要通过多种自抗性机制来应对其对自身的毒害作用。本文总结了近年来DNA损伤修复途径参与的天然产物产生菌自抗性机制的研究进展，重点介绍了DNA损伤类抗生素产生菌中的碱基切除修复途径和类核苷酸切除修复途径等，并对目前DNA损伤修复抗性机制中存在的问题进行了讨论，同时对其潜在的应用进行了展望。

摘要:链霉菌具有巨大的合成次级代谢产物的潜力，但在实验室常规培养条件下链霉菌中大部分生物合成基因簇是沉默的，或者表达量极低。链霉菌中信号分子可调节形态分化和代谢产物的生物合成。通过对编码这些信号分子合成酶或受体的基因进行操作，或在发酵液中添加信号分子，可以激活链霉菌中的沉默生物合成基因簇，发现新的天然产物，或者提升已发现的天然产物产量。本文以γ-丁内酯和γ-丁烯内酯两类信号分子为例总结了过去十余年中信号分子在链霉菌天然产物发现和产量提升中的应用，以期为微生物天然产物的开发提供借鉴。

摘要:许多临床上的重要抗生素来源于微生物生产的非核糖体肽类天然产物或者聚酮-非核糖体肽杂合体类天然产物，本文选取了近5年Web of Science上关于非核糖体肽的国际期刊文献，采用文献计量、统计分析等方法展示非核糖体肽研究领域的热点方向，探究了该领域的发展趋势，以期为进一步研究提供参考。