Ribosylhopane, a Novel Bacterial Hopanoid, as Precursor of \(C_{35}\) Bacteriohanopelyols in Streptomyces coelicolor A3(2)
- 作者
- Wenjun Liu, Elias Sakr, Philippe Schaeffer, Helen M. Talbot, Janina Donisi, Thomas Hartner, Elmar Kannenberg, Eriko Takano, Michel Rohmer
- 杂志
- ChemBioChem（2014）
- DOI
- 10.1002/cbic.201402261
- 所属领域
- 合成生物学
- 关键词
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解决的核心问题
解析Streptomyces coelicolor A3(2)中C35 bacteriohopanepolyol生物合成途径，鉴定假定的中间体ribosylhopane并确定orf14和orf18基因功能
研究策略
通过基因置换构建orf14和orf18缺失突变体，利用GC-MS、APCI-LCMS和NMR分析突变体的hopanoid组成，结合互补实验验证基因功能
研究路线图
核心内容
该研究以天蓝色链霉菌A3(2)为对象，解析了C35细菌藿烷四醇类化合物的生物合成途径。通过基因置换构建orf14和orf18缺失突变体，结合GC-MS、APCI-LCMS及NMR分析代谢产物组成，并利用互补实验验证基因功能。结果显示，野生型仅产生aminobacteriohopanetrol；Δorf14突变体只积累adenosylhopane，Δorf18突变体则积累adenosylhopane、ribosylhopane和bacteriohopanetetrol，其中ribosylhopane是20年前预测的中间体，此次为首次从细菌中分离鉴定。从340个培养皿的Δorf18突变体中纯化获得35β-ribosylhopane三乙酸酯1 mg和35α-异构体0.5 mg。序列比对表明Orf14与Methylobacterium extorquens的HpnG一致性达67%，Orf18与Rhodopseudomonas palustris的HpnO一致性为52%。该工作证实adenosylhopane在Orf14核苷酶作用下生成ribosylhopane，后者经Orf18转氨酶还原胺化形成aminobacteriohopanetrol；当orf18缺失时，ribosylhopane可被还原为bacteriohopanetetrol。这一发现填补了藿烷生物合成途径的关键空白，为理解该类脂质分子的代谢网络提供了直接证据。
创新点
首次在细菌中鉴定到ribosylhopane（20年前提出的关键中间体）；揭示了orf14编码核苷酶参与adenosylhopane去腺苷化，orf18编码转氨酶催化ribosylhopane生成aminobacteriohopanetrol
研究对象（3）
| 底盘细胞 | 代谢通路 | 基因 | 蛋白 | 功能 | 说明 |
|---|---|---|---|---|---|
| Streptomyces coelicolor A3(2) | hopanoid生物合成 | orf14 | Orf14 | 催化 | 推定核苷酶/核苷磷酸化酶，催化adenosylhopane转化为ribosylhopane；与M. extorquens HpnG一致性67%，与R. palustris HpnG一致性40% |
| Streptomyces coelicolor A3(2) | hopanoid生物合成 | orf18 | Orf18 | 催化 | 推定转氨酶，催化ribosylhopane还原胺化生成aminobacteriohopanetrol；与R. palustris HpnO一致性52% |
| Streptomyces coelicolor A3(2) | hopanoid生物合成 | orf15 | Orf15 | 催化 | HpnH同源蛋白（49-100% AA identity），推测参与C35 bacteriohopane骨架形成，催化生成adenosylhopane |
关键发现
- 野生型S. coelicolor A3(2)仅产生aminobacteriohopanetrol（5）
- Δorf14突变体只积累adenosylhopane（2），不产生其他C35 hopanoid
- Δorf18突变体积累adenosylhopane（2）、ribosylhopane（3）和bacteriohopanetetrol（4），其中ribosylhopane首次在细菌中被鉴定为天然产物。Δorf18互补菌株恢复产生aminobacteriohopanetrol（5）。从340个培养皿的Δorf18突变体中分离得到35β-ribosylhopane三乙酸酯1 mg、35α-ribosylhopane三乙酸酯0.5 mg、bacteriohopanetetrol四乙酸酯2.5 mg
- 从36个培养皿的野生型获得aminobacteriohopanetrol四乙酸酯0.14 mg。Orf14与Methylobacterium extorquens HpnG氨基酸序列一致性为67%，与Rhodopseudomonas palustris HpnG为40%
- Orf18与R. palustris HpnO一致性为52%。
研究结论
证实了hopanoid生物合成途径：adenosylhopane在Orf14（核苷酶/核苷磷酸化酶）催化下转化为ribosylhopane，后者在Orf18（转氨酶）作用下还原胺化生成aminobacteriohopanetrol；当orf18缺失时，ribosylhopane积累并可被还原为bacteriohopanetetrol。ribosylhopane作为中间体首次被分离鉴定，填补了该生物合成途径的空白。