利用生物合成原理尋找微生物新藥PPT學(xué)習(xí)教案

1、會(huì)計(jì)學(xué)1利用生物合成原理尋找微生物新藥利用生物合成原理尋找微生物新藥第1頁/共104頁產(chǎn)生菌前體物質(zhì)(1) 誘變處理化學(xué)修飾天然產(chǎn)物衍生物天然產(chǎn)物天然中間物天然產(chǎn)物衍生物 化學(xué)修飾 生物轉(zhuǎn)化與 組合生物轉(zhuǎn)化 阻斷或非阻斷菌株定向與雜交生物合成微生物或酶轉(zhuǎn)化天然產(chǎn)物類似物 雜合 工程菌突變生物合成組合生物合成(2) 基因操作天然產(chǎn)物類似物(1)(2)天然產(chǎn)物類似物第2頁/共104頁第3頁/共104頁第4頁/共104頁第5頁/共104頁第6頁/共104頁第7頁/共104頁第8頁/共104頁第9頁/共104頁序號(hào)序號(hào)側(cè)側(cè) 鏈鏈 R R學(xué)學(xué) 名名俗俗 名名1 1對(duì)羥基芐青霉素對(duì)羥基芐青霉素青霉素青霉素

2、X X2 2芐青霉素芐青霉素青霉素青霉素G G3 3戊烯戊烯22青霉素青霉素青霉素青霉素F F4 4戊青霉素戊青霉素青霉素二氫青霉素二氫F F5 5庚青霉素庚青霉素青霉素青霉素K K6 6丙烯巰甲基青霉素丙烯巰甲基青霉素青霉素青霉素O O7 7苯氧甲基青霉素苯氧甲基青霉素青霉素青霉素V V8 84 4氨基氨基4 4羧基羧基丁基青霉素丁基青霉素青霉素青霉素N NNCHSCCHCH3CH3HCCNHOCRCOOHONCHSCCHCH3CH3HCCH2NOCOOH青霉素和6APA分子結(jié)構(gòu)及各種天然青霉素的結(jié)構(gòu)與名稱青霉素分子的化學(xué)結(jié)構(gòu)6APA的化學(xué)結(jié)構(gòu)各種天然青霉素具有的側(cè)鏈和名稱HOCH2CH2H

3、3CCH2CHCHCH2H3C(CH2)3CH2H3C(CH2)5CH2H2CCHCH2SCH2CH3OCH(CH2)2CH2NH2HOOC第10頁/共104頁第11頁/共104頁H2NCH2CH2NH2H2NCH2CHNH2CH3H2N(CH2)3NHCH3H2N(CH2)3N(CH3)2H2N(CH2)3N(CH3)2X-H2N(CH2)3NH(CH2)3N(CH3)2H2N(CH2)3N(CH2)3NH2CH3H2N(CH2)3NHCHCH3(CH2)2NH2H2N(CH2)3NH(CH2)3OHH2N(CH2)3NH(CH2)3OCH3H2N(CH2)3NH2N(CH2)3NH2N(C

4、H2)3NOH2N(CH2)2NNHH2N(CH2)3NHCH2*H2N(CH2)3NHCHCH3H2NCH2CH2NH2H2N(CH2)3NH* PEP的末端胺基第12頁/共104頁R5R6R76去甲基四環(huán)素HHH(1)7氯6去甲基四環(huán)素HHCl(2)四環(huán)素HCH3H(3)5羥基四環(huán)素（土霉素）OHCH3H(4)7氯四環(huán)素（金霉素）HCH3Cl(5)OHR7OOHNH2OOOHHON(CH3)2HR6HR5HH789101166a10a55a11a44a12a12312微生物發(fā)酵產(chǎn)生的一些四環(huán)素類抗生素第13頁/共104頁第14頁/共104頁OH3COOHOOH3CH3COOOOCH3OH3

5、COYXCH3R2OCH3R1OH1754222325CH3第15頁/共104頁組分R1R2XY備注A1aA1bA2aA2bB1aB2bB2aB2bOCH3OCH3OCH3OCH3OHOHOHOHCH=CHCH=CHCH2CH（OH）CH2CH（OH）CH=CHCH=CHCH2CH（OH）CH2CH（OH）25-環(huán)己烷基環(huán)己烷基-B225-環(huán)己烷基環(huán)己烷基-B1OHOHCH2CH（OH）CH=CH外源添加環(huán)外源添加環(huán)己烷羧酸鈉己烷羧酸鈉CH3C2H5CH3C2H5CH3C2H5CH3C2H5CH3CH3CH3CH3CH3CH3CH3CH3第16頁/共104頁第17頁/共104頁第18頁/共10

6、4頁OHOMeNHOMeMe葡萄糖1CH3COOH6CH3CH2COOHMeMeOOOHMeOHMeMeOMe2CH3COOH5CH3CH2COHCH3CH2CH2COOHS.fradia KA427 NO.261ProtylonolidePicronolideOMeOMeHOMeOHMeMeDesosamineOMeNHOMeMeOMeOMeHOMeMeMeOOMeNHOMeMeMeMeOOOHMeOMeMeOMePicromycin DDesosaminyl Protylonolide（M4365G1） 在淺藍(lán)菌素存在下，用苦味霉素產(chǎn)生菌（S.sp.AM4900） 與protylonoli

7、de 雜交生物合成M4365G第19頁/共104頁第20頁/共104頁第21頁/共104頁第22頁/共104頁野生型產(chǎn)生菌獨(dú)需型突變株AB正常途徑某抗生素阻斷變株A阻斷變株BAB+BA+ABABA，B為某一抗生素分子結(jié)構(gòu)的兩個(gè)部分AB為發(fā)酵液培養(yǎng)時(shí)阻斷變株的代謝產(chǎn)物BA為發(fā)酵培養(yǎng)時(shí)添加的AB的結(jié)構(gòu)類似物ABAB即為新的雜合抗生素利用獨(dú)需型突變株合成產(chǎn)生新抗生素的基本原理第23頁/共104頁出發(fā)菌株的選擇誘變處理阻斷突變株篩選瓊脂塊法選擇有生理活力的突變株無生理活力的突變株搖瓶復(fù)篩有生理活力的突變株無生理活力的突變株區(qū)段合成產(chǎn)物，連接酶等生化特性的研究有區(qū)段合成產(chǎn)物、無連接酶等活性的突變株有區(qū)段

8、產(chǎn)物A有連接酶等活性的突變株有區(qū)段產(chǎn)物B有連接酶等活性的突變株發(fā)酵培養(yǎng)添加結(jié)構(gòu)類似物A或B樣品收集TLC、HPLC檢測(cè)及制備結(jié)構(gòu)檢測(cè)第24頁/共104頁菌種菌種抗生素抗生素特殊營(yíng)養(yǎng)特殊營(yíng)養(yǎng)增補(bǔ)物增補(bǔ)物新抗生素新抗生素伊尼奧小單孢菌伊尼奧小單孢菌西梭霉素西梭霉素DOS鏈霉胺等鏈霉胺等突變霉素突變霉素1等等絳紅小單孢菌絳紅小單孢菌慶大霉素慶大霉素DOS鏈霉胺等鏈霉胺等2羥基羥基GM等等紅霉素鏈霉菌紅霉素鏈霉菌紅霉素紅霉素Erythronolide8，8 deoxyoleanolie未鑒別未鑒別弗氏鏈霉菌弗氏鏈霉菌新霉素新霉素DOS鏈霉胍等鏈霉胍等雜交霉素雜交霉素A，B加利利鏈霉菌加利利鏈霉菌阿克拉

9、霉素阿克拉霉素阿克拉酮阿克拉酮紫紅霉酮等紫紅霉酮等11羥基阿克拉霉素羥基阿克拉霉素A灰色鏈霉菌灰色鏈霉菌鏈霉素鏈霉素紫紅霉酮等紫紅霉酮等2脫氧鏈霉胍脫氧鏈霉胍streptomutin A卡那霉素鏈霉菌卡那霉素鏈霉菌卡那霉素卡那霉素DOS1N甲基甲基DOS等等1N甲基甲基GM等等雪白鏈霉菌雪白鏈霉菌新生霉素新生霉素氨基香豆氨基香豆氨基香豆素同系物氨基香豆素同系物未鑒明未鑒明核糖苷鏈霉菌核糖苷鏈霉菌核糖霉素核糖霉素DOS1N甲基甲基DOS等等1N甲基甲基RSMC等等普拉特鏈霉菌普拉特鏈霉菌普拉特霉素普拉特霉素PlatenolideNarbonolide5Omycaminosyl narbonoli

10、de龜裂鏈霉菌龜裂鏈霉菌巴龍霉素巴龍霉素DOS鏈霉胍鏈霉胍雜交霉素雜交霉素C巴龍鏈霉菌巴龍鏈霉菌尼可霉素尼可霉素尿嘧啶尿嘧啶嘧啶嘧啶尼可霉素尼可霉素Z等等唐德鏈霉菌唐德鏈霉菌第25頁/共104頁丙酮CoA丙酰SACP甲基丙二酰甲基丙二酰SACP丙酰丙酰SACP聚酮體途徑6脫氧紅霉內(nèi)脂B紅霉內(nèi)脂BTDPL碳霉糖 葡萄糖TDPD葡萄糖3O碳霉糖基紅霉內(nèi)脂TDP脫氧氨基己糖 紅霉素D紅霉素C紅霉素A紅霉素E紅霉素B縮合酶第26頁/共104頁OOORR1OHOHR2NH2OHH3C1234567891011121234564OCHOCH2CHOHCH3CHCH3CH2OHRR1R2道若霉素（原株產(chǎn)生）

11、道若霉素（原株產(chǎn)生）OCHOCH3 3COCHCOCH3 3OHOH亞德里亞霉素（變株產(chǎn)生）亞德里亞霉素（變株產(chǎn)生）OCHOCH3 3COCHCOCH2 2OHOHOHOH1313雙氫道若霉素（變株產(chǎn)生）雙氫道若霉素（變株產(chǎn)生）OCHOCH3 3CHOHCHCHOHCH3 3OHOH1313雙氫洋紅霉素雙氫洋紅霉素OHOHCOCHCOCH3 3OHOH1111去氧道若霉素（變株產(chǎn)生）去氧道若霉素（變株產(chǎn)生）OCHOCH3 3COCHCOCH2 2OHOHH H1111去氧亞德里亞霉素（變株產(chǎn)生）去氧亞德里亞霉素（變株產(chǎn)生）OCHOCH3 3CHCH2 2CHCH3 3H HBaumycinAB

12、aumycinA* *（原株產(chǎn)生）（原株產(chǎn)生）OCHOCH3 3CHCH2 2COCHCOCH3 3OHOHFeudomycin AFeudomycin A（變株產(chǎn)生）（變株產(chǎn)生）OCHOCH3 3CHCH2 2CHCH3 3OHOHFeudomycin BFeudomycin BOCHOCH3 3CHCH2 2COCHCOCH3 3OHOH第27頁/共104頁原菌種原菌種原抗生素原抗生素突變株產(chǎn)生的新抗生素突變株產(chǎn)生的新抗生素普拉特鏈霉菌普拉特鏈霉菌普拉特霉素普拉特霉素demycarosyldemycarosyl普拉特霉素普拉特霉素9 9dehydromycarosyledehydromyc

13、arosyle普拉特霉素普拉特霉素波賽鏈霉菌波賽鏈霉菌紫產(chǎn)色鏈霉菌紫產(chǎn)色鏈霉菌柔紅霉素柔紅霉素燼灰紅菌素燼灰紅菌素阿霉素阿霉素燼灰紅菌素燼灰紅菌素X X波賽鏈霉菌波賽鏈霉菌baumycinbaumycinoxaunomycinoxaunomycin棘孢小單孢菌棘孢小單孢菌慶大霉素慶大霉素小諾霉素小諾霉素生金鏈霉菌生金鏈霉菌四環(huán)素四環(huán)素去甲基四環(huán)素去甲基四環(huán)素生金鏈霉菌生金鏈霉菌金霉素金霉素去甲基金霉素去甲基金霉素龜裂鏈霉菌龜裂鏈霉菌土霉素土霉素去甲基土霉素去甲基土霉素吸水鏈霉菌吸水鏈霉菌carriomycincarriomycincarromycinAcarromycinA第28頁/共104頁

14、OOOOHOHOH3CHNOHHOH2NNH2H2NCHR2R12H2SO4慶大霉素和小諾霉素的化學(xué)結(jié)構(gòu)抗生素抗生素R1R2分子式分子式硫酸慶大霉素硫酸慶大霉素C1CH3NHCH3C21H43N5O72H2SO4硫酸慶大霉素硫酸慶大霉素C1aHNH2C19H39N5O72H2SO4硫酸慶大霉素硫酸慶大霉素C2CH3NH2C20H41N5O72H2SO4小諾霉素小諾霉素HNHCH3C20H41N5O72H2SO4第29頁/共104頁第30頁/共104頁第31頁/共104頁第32頁/共104頁第33頁/共104頁第34頁/共104頁第35頁/共104頁第36頁/共104頁第37頁/共104頁藥物類

15、別藥物類別 化化 合合 物物 大環(huán)內(nèi)酯類抗生素大環(huán)內(nèi)酯類抗生素 紅霉素、螺旋霉素、麥迪霉素紅霉素、螺旋霉素、麥迪霉素四環(huán)類抗生素四環(huán)類抗生素 四環(huán)素、金霉素、土霉素四環(huán)素、金霉素、土霉素抗腫瘤抗生素抗腫瘤抗生素 柔紅霉素，阿克拉霉素、柔紅霉素，阿克拉霉素、enediynes enediynes 抗寄生蟲藥抗寄生蟲藥 avermectinavermectin，nemadectin nemadectin 免疫抑制劑免疫抑制劑 FK506, rapamycin FK506, rapamycin 抗真菌藥抗真菌藥 兩性霉素，制霉菌素兩性霉素，制霉菌素心血管藥物心血管藥物 lovastatin,lova

16、statin,，compactincompactin獸藥獸藥莫能星（莫能星（monensinmonensin），泰樂菌素），泰樂菌素 (tylosin)(tylosin)，鹽霉素，鹽霉素第38頁/共104頁第39頁/共104頁第40頁/共104頁紅霉素的生物合成途徑 第41頁/共104頁第42頁/共104頁一是用利福霉素PKS模塊2中的DH/ER/KR結(jié)構(gòu)域取代紅霉素PKS模塊2中的KR；二是將模塊5中的KR缺失；三是用利福霉素模塊2中的丙二酰特異性AT取代模塊6中的甲基丙二酰特異性的AT），將得到一個(gè)發(fā)生三重突變的PKS產(chǎn)物。 第43頁/共104頁第44頁/共104頁第45頁/共104頁第4

17、6頁/共104頁第47頁/共104頁 a：已經(jīng)鑒定了不同的模塊內(nèi)和多肽內(nèi)的連接件，并由此指導(dǎo)合成模塊之間的聚酮體中間體，這里需要合適的氨基和羧基末端連接配對(duì)，以產(chǎn)生功能性連接模塊；b：在構(gòu)建功能性互補(bǔ)體時(shí)，可以使用編碼來源于不同微生物多個(gè)模塊的全亞基；如圖所示：來源于苦霉素（picromycin）的PKS（PikAI和PikAII），與來源于竹桃霉素（oleandomycin）的PKS（OleA3）相結(jié)合。 第48頁/共104頁第49頁/共104頁6-脫氧己糖的種類脫氧己糖的種類具有生理活性的化合物具有生理活性的化合物產(chǎn)生菌產(chǎn)生菌*D-Desosamine紅霉素紅霉素竹桃霉素竹桃霉素苦霉素苦霉

18、素巨大霉素巨大霉素Sacc.erythraeaS.antibioticusS.VenezuelaeM.megalomiceaD-Olivose光輝霉素光輝霉素烏達(dá)霉素烏達(dá)霉素Landomycin S.argillaceusS.fradiaeS.cyanogenusD-Oliose光輝霉素光輝霉素S.argillaceusD-Mycarose光輝霉素光輝霉素S.argillaceusD-Mycaminose泰樂星泰樂星S.fradiaeD-Mycinose泰樂星泰樂星S.fradiaeD-Mycosamine制霉菌素制霉菌素S.nourseiL-Dihydrostreptose鏈霉素鏈霉素S.g

19、riseusL-Oleandrose竹桃霉素竹桃霉素阿弗米丁阿弗米丁S.antibioticusS.avermitillisL-Mycarose紅霉素紅霉素巨大霉素巨大霉素泰樂星泰樂星Sacc.erythraeaM.megalomiceaS.fradiaeL-Noviose新生霉素新生霉素S.spheroidesL-Rhodinose烏達(dá)霉素烏達(dá)霉素LandomycinGranaticin S.fradiaeS.cyanogenusS.violaceoruberL-Daunosamine柔紅霉素柔紅霉素S.peucetiusL-NogaloseNogalamycin S.nogalaterL-

20、Megosamine*巨大霉素巨大霉素M.megalomiceaL-Rhodosamine阿克拉霉素阿克拉霉素S.galilaeusL-EpivancosamineChloroeremomycin A.orientalis2-Deoxy-L-fucose阿克拉霉素阿克拉霉素S.galilaeus第50頁/共104頁OOOOOOOOOOD-DeoxyhexosesCH3N(CH3)2OHOHOHohOHOHOHOHOHOHCH3CH3OHCH3OHOMeOMeCH3N(CH3)2OHOHCH3N(CH3)2OHCH3CH3OHOHOHCH3OMeOHCH3OHOHCH3OHNH2OHNH2OHC

21、H3OHD-Forosamine D-Oliose D-Mycinose D-MycaminoseD-Desosamine D-Mycarose D-Chalcose D-OlivoseD-Perosamine D-Mycosamine第51頁/共104頁OOOOOOOOCH3OHOHOHOHOHOHOHOHOHOHOHOMeCH3OHCH3OHNH2OHN(CH3)2CH3CH3OHOHCH3CH3OMeOHCH3CH3CH3OHOHOHCH3OHOHOHCH3OHOHOHNH2CH3CH3OHL-Deoxyhexoses L-Oleandrose L-Rhodinose L-Daunosa

22、mine L-Rnodosamine L-Mycarose L-Clacinose L-Nogaiose L-Oliose L-Noviose L-Epivancosamine第52頁/共104頁第53頁/共104頁OOHCH3OOHOOCH3OHOOH3CNH2HODoxorubicinOOOOOOOOOOCH3OHOHOCH3HOOOHOHH3CHOH3CHOHOH3CH3CHOOHH3CHOH3COHCH3MithramycinOHOH3CCH3OOOOCH3H3CHOH3COHCH3CH3OHON(CH3)2CH3OOMeCH3OHCH3Erythromycin AHNNNHOOClC

23、lOOHOHOMeHORebeccamycinOOOHCH3OHOHOOOHCH3OOCH3HOOOH3COOH3CHOHOUrdamycin A由放線菌產(chǎn)生的具有不同生理活性的糖苷化合物的化學(xué)結(jié)構(gòu) 第54頁/共104頁第55頁/共104頁第56頁/共104頁(a)S. erythraea BV88 (eryBV-) (+oieGll)SugarsOleGilOCH3OHOHCH3OH3COCH3OHH3CCH3H3CGTFOH3CCH3OOOOCH3CH3OHH3CCH3H3COHON(CH3)2CH3OOHOHCH3OH 3-O-rhamnosyl-6-deoxyerythromycin

24、B將竹桃霉素產(chǎn)生菌抗生鏈霉菌中編碼竹桃霉素oleandrose糖基轉(zhuǎn)移酶的基因oleGII，（該酶負(fù)責(zé)將相應(yīng)的糖基轉(zhuǎn)移到8，8a-脫氧竹桃內(nèi)酯（8，8a-deoxyoleandolide）的4位羥基上），整合到紅霉素產(chǎn)生菌eryBV缺失突變株中，eryBV基因編碼的糖基轉(zhuǎn)移酶負(fù)責(zé)將L-mycarose糖基轉(zhuǎn)移到6-脫氧紅霉內(nèi)酯（6-deoxyerythronolide）甙元的相同位置，并進(jìn)行表達(dá)，結(jié)果得到了將天然糖基L-rhamnose轉(zhuǎn)移到6-脫氧紅霉內(nèi)酯4位的新紅霉素衍生物，其具有抗菌活性， 第57頁/共104頁將泰樂菌素產(chǎn)生菌弗氏鏈霉菌中編碼mycaminose糖基轉(zhuǎn)移到泰樂菌素甙元上的

25、轉(zhuǎn)移酶基因tylM2整合到紅霉素產(chǎn)生菌三缺失突變株SGT2，（分別缺失聚酮體合成酶基因、mycarose和desosamine糖基轉(zhuǎn)移酶基因，但仍然具有合成L-mycarose和D-desosamine的能力），并使之表達(dá)，同時(shí)在培養(yǎng)過程中外源加入16-元環(huán)的泰樂酮（tylactone），結(jié)果得到一種新的泰樂星衍生物5-O-desosaminyl-tylactone，如圖）所示。說明泰樂菌素產(chǎn)生菌中的轉(zhuǎn)移酶TylM2能夠識(shí)別和轉(zhuǎn)移不同的氨基糖。這兩個(gè)例子同時(shí)也表明抗生素糖基轉(zhuǎn)移酶具有較寬的底物專一性。(b) S. erythraea SGT2 (eryA-,eryBV-,eryClll-) (

26、+tylM2)tryM2GTFSugarsOOHOHOOCH3CH2H3CCH3H3CH3COH3COOHOOCH3CH3H3CH3CCH3OHON(CH3)2CH3 5-O-desosaminyl-tylactone第58頁/共104頁第59頁/共104頁第60頁/共104頁OOOOCHOCH3CH3H3COOR1OOHOCH3NCH3CH3OOR2CH3CH3OHONH3CH3CH3C123456789101112131415161718192312345678123456712345678R1 H R2 COCH2CH(CH3)2 COCH3 COCH2CH2CH3 COCH2CH3 C

27、OCH2CH3 COCH3第61頁/共104頁第62頁/共104頁第63頁/共104頁第64頁/共104頁第65頁/共104頁第66頁/共104頁第67頁/共104頁第68頁/共104頁第69頁/共104頁第70頁/共104頁第71頁/共104頁OCH3OOOOHCH3H3COOCR2OOHOHOR1R2R1L-R ham noseOH3CHOHOOHL-R hodinoseOOHH3CL-O livoseOHOHOH3CL-O leandroseOH3CHOMeOOH3CMeOMeOOH3CHOHOOH3CHOH3COH3CHOOOHOHOH3C3,4-D im ethoxy-L-olivo

28、seD -O livoseD -M ycaroseD -D iolivose第72頁/共104頁OOOCH3OHOHOHOHCH3OOH3COHH2NDaunomycinoneDaunosamine柔紅霉素OOOHOHOCH3OOHHCH3OOHOH3CH2N 表柔紅霉素OOOCH3OHOHOOHHOOH3COHOHNH2AdriamycinoneDaunosamine 阿霉素OOOHOCH3OHOOHHOHOOH2NHOH3C表阿霉素第73頁/共104頁第74頁/共104頁OOHOOHOOOHOHOOMeNH2CH3OHOOHOOHOOOHOHOOMeNH2CH3OHaveE eryEIV阿霉素 4-表阿霉素第75頁/共104頁第76頁/共104頁第77頁/共1