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基于生物信息学的红球菌非核糖体肽的挖掘与探索认领

作者：

徐迦南

学位授予单位：

浙江大学

摘要：

非核糖体肽是天然产物的一大家族,目前微生物来源的非核糖体肽类天然产物,例如短杆菌肽、青霉素、万古霉素、环孢菌素A、他克莫司等,在临床上都有着十分广泛的应用。然而随着非核糖体肽类天然产物分子库的不断扩大,结构新颖的非核糖体肽的挖掘越发困难,主要原因有两点。一方面,在常规的实验室培养条件下,大多数微生物的合成基因簇是沉默的,这导致大量的潜在非核糖体肽类化合物在发酵液中无法被发现;另一方面,由于天然产物分子库的不断丰富,以活性追踪为核心的天然产物挖掘策略越来越容易分离得到已知的化合物。有文献报道红球菌的基因组中隐含着有数目众多的非核糖体肽合成酶(NRPS)基因簇,为挖掘红球菌来源的新结构非核糖体肽,实验室前期通过生物信息学软件对红串红球菌D-1基因组中的非核糖体肽合成酶基因簇REZU6进行分析,预测了其合成产物的分子骨架并合成了5个多肽化合物。本文在此前研究的基础上进一步设计基因簇REZU6产物的类似物,探究其生物活性以及结构与活性的关系。本文设计并合成8个环状的基因簇REZU6产物类似物分子,经检测4条环状多肽对多种革兰氏阳性菌有抑制作用,2条环状多肽对人结肠癌细胞HT29的增殖有一定的抑制效果。随后通过Schr?dinger Maestro软件将多肽与目前已知的抑菌作用靶点蛋白进行分子对接,初步探究这些活性多肽的可能作用靶点,结果显示PBP4、Clp P和Fab G是可能的作用靶点。此外,为探究基因簇REZU6的表达条件,本文用绿色荧光蛋白基因(egfp)替换基因簇REZU6中的结构基因,构建了一个含有egfp基因的红球菌菌株。随后将该菌株置于不同的培养基中进行发酵,通过酶标仪检测507nm处发射光的强度来判断基因簇REZU6是否表达以及表达量的高低,以寻找基因簇REZU6的最佳表达条件。但结果显示,在本文使用的几种培养条件下,基因簇REZU6均不表达。另一方面,本文运用生物信息学软件分析NCBI上收录的红球菌属的基因组数据,发掘了4个新的NRPS基因簇,预测并合成了4个多肽分子,表征了它们的铁载体活性、抑菌活性以及抑癌活性,结果表明分子骨架为Leu-Ile-Thr-Phe-Leu-Phe的化合物在较高浓度下对人结肠癌细胞HT29的增殖有抑制效果。本文通过化学合成结合生物信息学的方法挖掘了4个新的红球菌来源的NRPS基因簇,合成得到了12个新结构的非核糖体肽类似物,其中4个小分子对革兰氏阳性菌展现出了一定的抑制活性,2个小分子展现出了对人结肠癌细胞HT29增殖的抑制效果。一方面,通过抑菌活性的比较发现多肽分子中的鸟氨酸残基对活性的保持起到了较为重要的作用;另一方面,通过分子对接发现PBP4、Clp P和Fab G是多肽分子可能的作用靶点。

摘要译文

关键词：

非核糖体多肽合成酶; 红球菌属; 生物信息学; 生物活性; 构效关系

学位年度：

2023

学位类型：

硕士

学科专业：

生物化学与分子生物学

导师：

江辉

中图分类号：

Q811.4[生物信息论];Q936[微生物生物化学]

学科分类号：

071012[生物信息与计算生物学];081106[生物信息学];083105[生物医学信息工程];071003[微生物学];071005[生物化学与分子生物学];100705[微生物与生物技术药物学]

D O I：

10.27461/d.cnki.gzjdx.2023.002874