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尼可霉素和多氧霉素具有相似的化学结构,属于典型的核苷肽类抗生素,都由核苷和肽基两部分通过肽键缩合而成。由于它们在结构上都与几丁质合成酶的天然底物UDP-N-乙酰葡萄糖胺类似,因此都能竞争性地抑制真菌细胞壁几丁质的合成,从而抑制真菌的生长。
本论文构建了尼可霉素生物合成基因簇异源表达的重组质粒-pNIK,并将其导入天蓝色链霉菌M145中,经发酵培养和生物活性测定,结果揭示尼可霉素在M145/pNIK中得到了成功的异源表达。将质粒pNIK导入圈卷产色链霉菌7100中,由于基因簇的倍增,使尼可霉素X的产量提高了约4倍,尼可霉素Z的产量提高了约1.8倍。
为了得到同时具有尼可霉素活性高和多氧霉素结构稳定的化合物,我们将尼可霉素X的核苷部分(Nikkomycin Cx)和多氧霉素的肽基部分(Carbamoylpolyoxamic acid,CPOAA)通过组合生物合成的方法缩合在一起,形成新的杂合抗生素。重组菌株△sanN/pPOL2产生两个杂合抗生素,一个为多氧霉素N;另一个化学结构未曾报道,将其命名为polynik A。生物活性测定表明,多氧霉素N和polynikA的抗真菌活性虽然略低于尼可霉素,却高于多氧霉素;pH和热稳定性研究表明,这两种杂合抗生素的稳定性与多氧霉素类似,远好于尼可霉素。
将可可链霉菌(Streptomyces cacaoi)中克隆到的多氧霉素生物合成基因簇在尼可霉素产生菌—圈卷产色链霉菌的不同基因阻断突变株(△sanN和△sanD)中进行了表达,并对产生的新化合物进行了分析。结果表明,重组菌株△sanN/pPOL不仅产生多氧霉素J和杂合抗生素(多氧霉素N和polymk A),而且还产生两个具有生物活性的新化合物(多氧霉素O和多氧霉素P)。多氧霉素O的肽基部分为POIA(Polyoximic acid),核苷部分为5-氨基己糖醛酸以N-糖苷键连接5-甲基尿嘧啶。多氧霉素P的肽基部分为C-3"位缺失羟基的CPOAA,核苷部分与多氧霉素O的核苷部分相同。在重组菌株△sanD/pPOL中,除了尼可霉素X和Z外,还检测到了两个多氧霉素组分H和K,以及一个新的化合物。这个新化合物的结构与尼可霉素Lz类似,但是在尿嘧啶核苷的C-5位有一个甲基修饰,故将其命名为尼可霉素Me-Lz。在以上两株重组菌中,检测到的多氧霉素的几个组分较其在可可链霉菌中的产量都有所增加。