微生物来源的非核糖体肽类化合物（nonribosamal peptides, NRPs）具有结构复杂、活性广泛的特点，是抗菌，抗炎，免疫抑制，抗病毒等药物的重要来源，代表化合物有环孢菌素A，万古霉素，达托霉素等等。其中许多非核糖体肽类化合物的N端有着不同程度的修饰，这对于保护N端不被降解或调节特定性质是很重要的。因此，从细菌基因组中挖掘N端含稀有基团的非核糖体肽类的潜在的生物合成基因簇并对这些基因簇进行激活是发现 新型活性肽类的有效手段。
近日，伟德BETVlCTOR1946、医药生物技术国家重点实验室的戈惠明和谭仁祥教授研究团队在使用基因组挖掘发现活性新型活性肽类和生物合成研究中取得重要进展，相关成果“Genome mining and biosynthesis of kitacinnamycins as a STING activator”2019年4月在线发表于英国皇家化学会旗舰刊物Chemical Science ，论文链接为http://dx.doi.org/10.1039/C9SC00815B 。博士生史净与硕士生刘程丽为该论文共同第一作者，谭仁祥和戈惠明教授是该论文的共同通讯作者。
图1 以II型 PKS 和NRPS为探针进行基因组挖掘并鉴定出新型糖肽化合物kitacinnamycins
该研究组发现含肉桂酰的非核糖体肽类结构复杂、活性强劲且肉桂酰部分的生物合成蛋白序列保守。经过详细的生物信息学分析后，发现KSα和KR在多烯II型PKS中较为保守在聚类分析上课与其他类型的PKS分开。因此，研究人员 锁定 KS α 、KR在基因组数据库中进行同源性检索，最终得到51条潜在的合成含肉桂酰非核糖体肽的基因簇。为了进一步注释这些基因簇并对它们进行优先排序，研究人员生成了一个基因组相似性网络(genome neighborhood network, GNN)，该网络由这51条基因簇中的3196个蛋白组成。
图2 基因组相似性网络（GNN）
GNN显示，除去两条与已知化合物的生物合成基因簇高度相似的基因簇外，剩余的49个基因簇是不同的，并且具有许多功能不同的酶，表明这些菌株是潜在的新的含肉桂酰非核糖体肽的生产者。对GNN仔细分析后，研究人员优先选择了含有糖基转移酶的 Kitasatospora sp. CGMCC 16924进行研究。
经过对Kitasatospora sp. CGMCC 16924培养条件的优化筛选，研究人员成功激活了该基因簇并分离得到14个结构新颖的含肉桂酰的非核糖体肽类化合物kitacinnamycins A–N（1-14 ），其中化合物8是干扰素激活蛋白（stimulator of interferon genes，STING)信号途径的活化剂。
进一步通过基因敲除、体外生化反应并结合蛋白晶体结构揭示了其生物合成过程：首先三个NPRS合成酶Kcn21、22、23负责识别并装载特定的氨基酸形成九肽骨架，在硫酯酶结构域作用下从装配线上水解下来；接着P450单加氧酶Kcn27催化连续的三步氧化，将肉桂酰基团的末端从-CH3 氧化成-COOH；由糖基转移酶Kcn28催化肉桂酰基团上的糖基化反应，最终形成糖肽类化合物1 、2 、3 、4 、13 和14 。Kcn28具有底物宽泛性，不仅能在末端是-COOH的化合物5 和6 上转移两分子的葡萄糖，还能在末端是-OH的中间体9 和10 上转移一分子乙酰葡萄糖胺或两分子葡萄糖。
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图3 kitacinnamycins生物合成过程
该工作得到生科院徐强教授课题组和南京中医药大学朱家鹏教授的支持，并且得到了国家自然科学基金委优青项目、重点项目、科技部以及中央高校基本科研业务费等的资助。