Identification of Novel Sesterterpene/Triterpene Synthase from Bacillus clausii
- 作者
- Tsutomu Sato, Hiroaki Yamaga, Shoji Kashima, Yusuke Murata, Tetsuro Shinada, Chiaki Nakano, Tsutomu Hoshino
- 杂志
- ChemBioChem（2013）
- DOI
- 10.1002/cbic.201300035
- 所属领域
- 合成生物学
- 关键词
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解决的核心问题
识别并验证来自 Bacillus clausii 的新型 TS 同源物 Bcl-TS 的催化功能，发现新的 sesterterpene/triterpene 合酶，并确定其产物结构。
研究策略
基因组挖掘结合化学生物学：从 B. clausii 中克隆 bcl-ts 基因，在 E. coli 中异源表达纯化，用化学合成的 C25/C30 底物进行体外酶促反应，通过 GC-MS 和 NMR 鉴定产物结构，并比较多种嗜碱芽孢杆菌的萜类产物。
核心内容
研究人员从 Bacillus clausii 中克隆了新型萜类合酶基因 bcl-ts，并在大肠杆菌中异源表达纯化出重组蛋白 Bcl-TS。通过化学合成的 C25/C30 异戊二烯基焦磷酸底物进行体外酶促反应，结合 GC-MS 和 NMR 分析，首次证实 Bcl-TS 是一种头对尾型三萜合酶，能够催化生成新的无环 sesterterpene（β-geranylfarnesene，产量 22.0 mg）和 triterpene（β-hexaprene，产量 14.2 mg），产物分子离子峰分别为 m/z 340.31389 和 408.37539。酶学实验显示，在 37°C、pH 6.5–10.5 范围内产物谱保持稳定，且该基因与 B. clausii KSM-K16 同源物有 98% 序列一致性。对 10 种嗜碱芽孢杆菌的筛查发现，其中 7 种可产生这两种萜类，而其余 3 种仅生成角鲨烯和化合物 2，未检测到此前文献报道的脱氢角鲨烯，从而纠正了先前的错误鉴定。该工作揭示了一类新的萜类合酶家族，表明基因组挖掘策略能有效发现催化非典型底物的新型酶，拓展了萜类生物合成的化学空间。
创新点
首次发现头对尾型三萜合酶 Bcl-TS；揭示 TS 同源物家族可催化 C25/C30 底物形成新的无环萜类；纠正了先前对脱氢角鲨烯的错误鉴定。
研究对象（2）
| 底盘细胞 | 代谢通路 | 基因 | 蛋白 | 功能 | 说明 |
|---|---|---|---|---|---|
| Bacillus clausii | sesterterpene/triterpene 生物合成 | bcl-ts (ABC1218) | Bcl-TS | 催化 | 天然宿主中催化底物 4/5 生成 6/7 |
| Escherichia coli | 异源表达 | bcl-ts | Bcl-TS | 催化 | 重组蛋白用于体外酶活验证 |
关键发现
- 从 B. clausii 中分离纯化得到新型 sesterterpene 6（β-geranylfarnesene，C25H38，产量
- 0 mg）和 triterpene 7（β-hexaprene，C30H46，产量
- 2 mg）；HR-EI-MS 实测 m/z
- 31389 和
- 37539；Bcl-TS 基因与 B. clausii KSM-K16 同源物有 98% 氨基酸序列一致性；体外酶促实验证实 Bcl-TS 以
- 5 μM 底物 4/5 和
- 0 μM 酶在 37°C、1 h 条件下分别生成 6 和 7；不同 pH（6.5、8.5、10.5）下产物谱不变；10 种嗜碱芽孢杆菌中 7 种产生 6/7，3 种产生角鲨烯和化合物 2，未检测到脱氢角鲨烯。
研究结论
Bcl-TS 是第一个被鉴定的头对尾型三萜合酶，TS 同源物构成新型萜类合酶家族，可催化 C25/C30 底物形成 sesterterpene 和 triterpene；基因组挖掘可发现更多新酶。