Isolation, (bio)synthetic studies and evaluation of antimicrobial properties of drimenol-type sesquiterpenes of Termitomyces fungi
- 作者
- Nina B. Kreuzenbeck, Seema Dhiman, Dávid Roman, Immo Burkhardt, Benjamin H. Conlon, Janis Fricke, Huijuan Guo, Janis Blume, Helmar Görls, Michael Poulsen, Jeroen S. Dickschat, Tobias G. Köllner, Hans-Dieter Arndt, Christine Beemelmanns
- 杂志
- Communications Chemistry（2023）
- DOI
- 10.1038/s42004-023-00871-z
- 所属领域
- 合成生物学
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解决的核心问题
解析Termitomyces真菌中drimenol型倍半萜的分离、生物合成及抗菌活性，并探索其在白蚁共生关系中的作用
研究策略
结合挥发物分析、靶向分离、化学全合成、基因组挖掘与异源表达，并通过抗菌活性测试评估生态功能
核心内容
该研究以白蚁共生真菌Termitomyces为对象，系统解析了drimenol型倍半萜的分离、生物合成与抗菌功能。通过比较蘑菇、菌圃及实验室培养物的挥发物谱，发现蘑菇挥发物以倍半萜为主，drimenol为主要成分，而菌圃中则以脂肪酸和酮类为主；从40块PDA平板中靶向分离鉴定出5个drimenol衍生物，并完成其化学全合成。在生物合成层面，异源表达三个候选萜类合酶，其中DS3-His6（57.2 kDa）与FPP反应后，从4L培养经58mg酶纯化获得0.3mg和0.9mg两个新单环倍半萜nectrianolin C/D，证明DS3并非真正的drimenol合酶，提示drimenol生成可能依赖更复杂的酶系统或存在分支途径。抗菌测试表明drimenol及其醛衍生物对Penicillium notatum、Candida albicans、Staphylococcus aureus等具有中等抑制活性，且产量在培养3-4周时达峰值。这些结果揭示drimenol类化合物可能兼具共生信号与化学防御功能，为理解白蚁-真菌共生关系提供了化学基础。
创新点
首次系统比较Termitomyces蘑菇、菌圃和实验室培养物的挥发物谱，分离并鉴定5个drimenol衍生物；完成drimenol及相关衍生物的全合成；发现一个具有催化活性的萜类合酶DS3，其产物为两个新的单环倍半萜nectrianolin C/D
研究对象（4）
| 底盘细胞 | 代谢通路 | 基因 | 蛋白 | 功能 | 说明 |
|---|---|---|---|---|---|
| Termitomyces sp. T153 | drimenol生物合成通路 | DS1, DS2, DS3 | DS1, DS2, DS3 (putative drimenol synthases) | 催化 | 推测参与drimenol生物合成，DS3经异源表达后显示催化活性 |
| Escherichia coli BL21(DE3) | 异源表达系统 | DS3 | DS3-His6 | 催化 | 催化FPP生成单环倍半萜nectrianolin C (22)和D (23) |
| Termitomyces sp. T153, T112, J132 | drimenol生物合成通路 | DS1 | DS1-MBP (102 kDa) | 催化 | 在体外未检测到环化活性 |
| Termitomyces sp. T153 | drimenol生物合成通路 | DS2 | DS2-MBP (105.1 kDa) | 催化 | 在体外未检测到环化活性 |
关键发现
- 蘑菇挥发物中以倍半萜为主，drimenol为其中一种
- 菌圃挥发物以脂肪酸和酮为主。从40块PDA平板培养物中分离得到5个drimenol衍生物（2-6）。异源表达DS3-His6（57.2 kDa）与FPP反应，经4L培养和58mg酶纯化后获得0.3mg化合物22和0.9mg化合物23。抗菌测试显示drimenol (1)和醛11对Penicillium notatum和Candida albicans有中等抗真菌活性
- 化合物1和2对Staphylococcus aureus、Pseudomonas aeruginosa和Mycobacterium vaccae有抗菌活性。drimenol在培养3-4周时产量达到最大。合成路线中多个步骤产率在40-98%之间
研究结论
Termitomyces蘑菇产生特征性挥发性倍半萜，drimenol类化合物可能作为共生信号和抗菌防御物质。DS3并非真正的drimenol合酶，而是催化形成monocyclofarnesol衍生物，暗示drimenol的生物合成可能需要更复杂的酶系统或存在分支途径