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博客标题：课题组在非核糖体肽挖掘与改造的研究工作在JACS发表

内容：

  近日，课题组在非核糖体肽类微生物次级代谢产物的挖掘与改造领域取得新进展，相关研究成果以“Accessing Underexplored Biosynthetic Potential by Initiation Unit Engineering of Nonribosomal Peptide Synthetases in Proteobacteria”为题，发表于国际著名期刊《美国化学会志》（Journal of the American Chemical Society, JACS，中科院一区Top，影响因子15.6），这是课题组首次在该期刊发表论文。该研究首次提出起始单元工程策略，并应用于激活沉默脂肽基因簇和人工创制脂肽，为深入拓展微生物生物合成潜力提供了新思路。山东大学微生物改造技术全国重点实验室为第一作者和通讯作者单位。

   

  非核糖体肽是最主要的微生物次级代谢产物，是由一类称为非核糖体肽合成酶（NRPS）组装合成的结构和生物活性多样的多肽类化合物，比如抗生素青霉素、万古霉素、达托霉素和多粘菌素等。微生物基因组中仍然有大量的NRPS尚未得到充分开发。在实验室条件下，大多数NRPS处于沉默或低表达状态，目前基因组挖掘策略（如OSMAC、启动子插入、异源表达等）仍伴随着较高的失败风险。研究分析推测NRPSs的失活可能与前体供应不足或起始模块功能失调有关。在前期解析了NRPS中起始缩合（Cs）结构域装载脂肪酸链的分子机制(Nat Commun 2021)的基础上，该研究创新性地提出了“起始单元工程”策略，利用已知功能明确的含起始缩合（Cs）结构域的起始单元替换潜在功能失效的天然NRPS起始单元，可实现沉默或未充分探索的NRPS的激活与表达优化。

 

  基于“起始单元工程”策略，该研究成功激活了伯克氏菌（β-变形菌纲）中三个先前沉默的NRPSs途径，并鉴定了三类非核糖体脂肽；并扩展应用到假单胞菌（γ-变形菌纲）中NRPS基因簇激活，这为基因组挖掘提供了新思路。利用起始模块“移植”，替换功能失效的起始模块，从而直接将生物合成酶“起死回生”，这是目前聚焦基因簇调控优化的挖掘策略的完美补充。此外，N端脂链对非核糖体肽的活性至关重要。该研究利用“起始单元工程”策略，直接在NRPS的N端添加Cs结构域，成功将不含脂链的天然非核糖体肽改造为含有脂链的人工非核糖体脂肽，实现了非核糖体脂肽的合成生物学创制。该研究为理性激活沉默NRPS基因簇以及人工创制脂肽提供了创新策略与成功范例，从而丰富了基因组挖掘与组合生物合成方法，融合挖掘与改造，有助于深入发掘细菌NRPS中尚未充分探索的生物合成潜力。

 

  该论文由山东大学微生物改造技术全国重点实验室、湖南文理学院微生物改造技术全国重点实验室常德研发基地等单位的相关学者合作完成。课题组博士后白先平博士与湖南文理学院钟林副研究员为本文的共同第一作者，卞小莹教授为独立通讯作者。微生物改造技术全国重点实验室张友明教授、李盛英教授与武大雷教授、北京大学李志远助理教授、临沂大学陈汉娜副教授等也对论文有重要贡献。该项研究工作得到国家自然科学基金、山东省重点研发项目、山东大学微生物改造技术全国重点实验室青年人才培育项目、揭榜挂帅项目及开放课题等基金资助。山东大学生命环境研究公共技术平台为本工作提供了重要支持。

 

附录，因为论文接受的时候，正值马年春节，课题组利用AI还制作了一个寓意“马到成功”的封面（但没有入选），把功能性起始模块（Cs-A-T）比做“马”，起始模块到了，表达产物就成功啦。祝大家马到成功！！

   

论文链接：https://pubs.acs.org/doi/10.1021/jacs.6c01193

 

发布时间：2026-03-20