在合成生物学领域，通过与多个课题组合作，共同研究微生物中参与各种合成路径的关键酶类，通过解析其蛋白结构，特别是酶与底物的复合物结构，揭示底物选择性等催化机理，为酶的定向改造提供关键信息。

本课题组与张友明/卞小莹教授团队合作，解析了伯克氏菌中一种脂肽合成酶RzmA-Cs结构域及其与底物的多个复合物结构，鉴定出控制脂链底物特异性的关键氨基酸残基，从而成功实现通过结构域置换或氨基酸定点突变、将产物脂链长度从乙酰基延长到十六烷酰基(C2→C16)。此外通过捕获RzmA-Cs结构域不同构象的晶体结构，提出其在催化脂链起始过程中存在“从底物结合到产物释放”的动态变化，不仅进一步揭示了其催化机理，也为脂肽类天然产物的优化改造提供了新的方法和策略。此项研究 2021 年发表于 Nature Communications，并作为 “有机化学和化学生物学”领域的编辑高亮文章之一，入选“焦点 (focus)” 栏目。

图1. 非核糖体脂肽合成酶起始缩合结构域（Cs）底物识别与构象变化探究。a. 脂肽合成酶RzmA-Cs结构域（紫色）与供体底物辛酰辅酶A（绿色）及受体底物氨基酸（L-Leu-SNAC，黄色）的三元复合物结构；b. 活性中心附近细节放大展示；c. Cs结构域催化脂链起始反应过程中存在的“从底物结合到产物释放”动态结构变化模型。

本课题组与霍刘杰教授及闫杰教授课题组合作，采用异源生物合成策略，在黏细菌中发现了一个新颖的羊毛硫肽生物合成基因簇mfu，成功获得并表征了其产物myxococins的化学结构与抗炎生物活性，解析了其新颖的生物合成机制。研究成果2024年发表于Journal of the American Chemical Society（《美国化学会志》）。

图2. 粘细菌来源myxococins的生物合成途径解析与结构表征

代表论文

2. Wang X^#, Chen X^#, Wang ZJ, Zhuang M, Zhong L, Fu C, Garcia R, Müller R, Zhang Y, Yan J*, Wu D*, Huo L*. Discovery and characterization of a myxobacterial lanthipeptide with unique biosynthetic features and anti-inflammatory activity. J Am Chem Soc. 2023, 145: 16924-16937.（^#并列第一作者；*共同通讯作者）

1. Zhong L^#, Diao X^#, Zhang N^#, Li F, Zhou H, Chen H, Bai X, Ren X, Zhang Y*, Wu D*, Bian X*. Engineering and elucidation of the lipoinitiation process in nonribosomal peptide biosynthesis. Nat Commun. 2021, 12: 296.（^#并列第一作者；*共同通讯作者）