链霉菌Bambergiensis AC-800基因组挖掘揭示抑制脯氨酰羟化酶的纤维抑素生物合成基因簇

本研究通过全基因组测序和CRISPR-BEST基因编辑技术，揭示了Streptomyces bambergiensis AC-800中编码67元环大环内酯的巨型PKSI基因簇和新型纤维抑素（fibrostatin）生物合成通路。该研究首次报道了与Rhodococcus共培养激活的PKSIII基因簇功能，为天然产物挖掘提供了新策略，相关成果发表于《Scientific Reports》。

　　

在微生物天然产物宝库中，链霉菌以其丰富的次级代谢产物著称，但多数生物合成基因簇（BGC）在实验室条件下保持沉默。Streptomyces bambergiensis AC-800虽已知生产莫能菌素（moenomycin）类抗生素，其基因组中潜藏的其它活性物质仍待发掘。这项研究通过多组学技术揭开了该菌株的代谢奥秘，特别是发现其能合成具有药用价值的纤维抑素——一类能抑制脯氨酰羟化酶（prolyl hydroxylase）的萘醌衍生物。

研究团队采用Illumina平台完成菌株全基因组测序，通过antiSMASH 7.0软件预测了29个BGC，其中包括染色体上25个和巨型线性质粒pSB1上的4个。关键实验技术包括：（1）与淡水苔藓动物来源的Rhodococcus sp. CML ISP2-1-52共培养激活沉默基因簇；（2）CRISPR-BEST系统敲除PKSIII基因SBAM_000974；（3）LC-MS代谢组学分析四种培养基提取物；（4）生物信息学比较stambomycin与新型PKSI基因簇的进化关系。

基因组特征分析

7.65 Mb线性染色体与两个质粒（pSB1 418.5 kb、pSB2 81.5 kb）构成完整基因组。质粒pSB1携带的190 kb巨型PKSI基因簇可能编码67元环糖基化大环内酯，其模块组成与stambomycin存在进化关联，但产物推测多出16个亚甲基和5个羟基。

次级代谢产物鉴定

LC-MS在四种培养基中检测到moenomycin A、去铁胺B等已知产物，以及两个推测为BGC12产物的四酰胺大环内酯。共培养实验诱导出红色色素，经鉴定为纤维抑素C/D/E异构体。

纤维抑素基因簇功能验证

PKSIII基因敲除完全 abolished 红色素产生，证实BGC6负责纤维抑素合成。该簇包含10个基因，推测通过五分子丙二酰-CoA缩合生成1,3,6,8-四羟基萘，经氧化还原、甲基化等修饰形成终产物。值得注意的是，N-乙酰-L-半胱氨酸（NAC）修饰可能为非酶促反应。

讨论与意义

该研究首次阐明：（1）S. bambergiensis AC-800能合成结构独特的67元环大环内酯；（2）微生物共培养可激活PKSIII途径生产纤维抑素；（3）质粒pSB1作为基因水平转移载体携带39%外源基因。发现的纤维抑素具有抑制胶原合成的药理潜力，而巨型PKSI簇为设计新型大环内酯提供了分子蓝图。这项工作为基因组导向的天然药物开发提供了范例，发表于《Scientific Reports》的成果将推动沉默基因簇激活策略的发展。