通过合成生物学的方式对利福霉素进行骨架挖掘、结构优化以及后修饰探究

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1、通过合成生物学的方式对利福霉素进行骨架挖掘、结构优化以及后修饰探究结核病作为全球性的难题, 到目前为止仍然是全球前十位死因之一, 由于艾滋病和耐药结核杆菌的全球蔓延, 结核病防治工作任重而道远。利福霉素的半合成衍生物利福平、利福喷汀和利福布汀对结核病的疗效突出, 一直以来是临床治疗结核病、麻风病以及与艾滋相关的结核杆菌感染的一线药物。然而 , 近年来由于其广泛的临床使用, 结核分枝杆菌逐渐对其产生了耐药性,因此 , 发现或者合成抗耐药结核分枝杆菌的利福霉素衍生物也就迫在眉睫。特别是 , 自从 1957 年利福霉素被发现以来 , 其生物合成途径和机理仍然大多停留在假说阶段。本学位论文主要从以下三

2、方面开展利福霉素生物合成研究 , 以丰富利福霉素的结构多样性 , 获得可供活性筛选的利福霉素衍生物。首先对利福霉素高产菌株A.mediterraneiS699在 YMG琼脂平板上进行了大量发酵, 分离得到 11 个化合物 ,包括 6 个新化合物 (1-6) 。其中 , 利福霉素糖苷 1(rifamycinosideA) 和 2(rifamycinosideB)的聚酮骨架代表了利福霉素安莎链的一种新颖断裂方式。化合物 6 和 8 显示出潜在的鼠伤寒沙门菌型分泌系统 (T3SS)抑制活性 , 可用于抗革兰氏阴性菌感染药物的开发。此外 , 化合物 6 还能够诱导人结肠癌HCT116细胞的 G2/M期

3、阻滞和 DNA损伤。其次对利福霉素聚酮链延伸单元和延伸数目进行了改造, 期望合成具有较长支链或者缩环的利福霉素衍生物。但是可能由于利福霉素本身释放机理的特殊性, 从这些模块替换或者模块融合突变株中只获得了一系列提前释放的线性聚酮。然而, 通过一系列模块融合以及点突变实验结果证明了聚酮延伸过程中保留KS-AT linker的重要性和以KR-ACP linker进行模块融合的可行性 , 从而进一步加深了对安莎聚酮结构改造的认识。最后对利福霉素生物合成中特殊的后修饰过程进行了探究, 包括从proansamycin X 到 rifamycin W的形成过程 ,Rif-Orf5负责催化的 rifamyc

4、in W骨架断裂机理 ,Rif-Orf19负责催化的萘环形成机理。通过上述过程的探究对利福霉素的后修饰生物合成有了更加深入的认识, 有助于将其应用于利福霉素的合成生物学或体外酶学结构优化中。总而言之 , 本研究为了拓展利福霉素的结构多样性, 获得抗耐药结核分枝杆菌的利福霉素衍生物 , 对利福霉素产生菌的次级代谢产物进行了重新挖掘, 针对其聚酮骨架进行了改造 , 并对其后修饰生物合成中的遗留问题进行了进一步探究。通过课题的开展, 对利福霉素聚酮链结构改造过程的特殊性有了更深入的了解,同时对利福霉素骨架断裂的多样性以及后修饰过程中C-8 位分支路径、C-12/C-29位双键氧化断裂、萘环形成和双键迁移等机理也有了新的认识, 为后续通过合成生物学手段获得抗耐药结核分枝杆菌的利福霉素结构衍生物提供了坚实基础。