中国科学院天津工生所在抗生素发现方面获进展
抗微生物耐药（Antimicrobial Resistance, AMR）是人类面临的重要健康威胁。据估计，在2025至2050年期间，AMR将会造成3900万人死亡，直接经济损失将超数万亿美金。面对AMR的严峻挑战，新型抗生素的研发迫在眉睫。
近日，中国科学院天津工业生物技术研究所邓子新大师工作室徐敏研究员联合加拿大麦克马斯特大学Eric D. Brown与Gerard D. Wright教授团队从Streptomyces sp. WAC 05950中发现了一个巨型基因簇，包含了四个亚基因簇，分别负责Stravidin、Dapamycin、Acidomycin以及α-methyl-7-Keto-8-Aminopelargonic Acid (α-Me-KAPA)的生物合成，且该基因簇的两端边界携带了两个链霉亲和素编码基因。其中，Stravidin S2与Acidomycin是已知生物素合成途径中7,8-二氨基壬酸合成酶BioA与生物素合成酶BioB的抑制剂，并且在体外抑菌实验中具有良好的协同抑菌效果。进一步通过体内遗传、体外生化与蛋白质谱等研究技术，研究团队证实了Dapamycin与α-Me-KAPA同样能够抑制生物素的合成，并确定了Dapamycin的作用靶点为生物素合成途径中的脱硫生物素合成酶BioD；而α-Me-KAPA则通过“劫持”生物素合成途径最终转化为α-Me-biotin，并在生物素连接酶的作用下共价结合至乙酰辅酶A羧化酶AccB上阻碍生物素的利用，从而抑制细菌生长。鉴于Stravidin S2、Dapamycin、Acidomycin与α-Me-KAPA抑制生物素合成途径中最为保守的咪唑烷酮并四氢噻吩环的合成以及生物素的利用，研究团队通过棋盘实验证实该系列化合物两两间均有显著地协同抑菌活性，且Stravidin S2、Acidomycin与α-Me-KAPA间存在三维协同抑菌活性。进一步通过多重耐药大肠杆菌C0244小鼠体内感染模型验证，证实了Stravidin S2与α-Me-KAPA能够显著缓解小鼠的细菌感染，联合用药后的治疗效果显著优于单独给药。研究团队通过基因组挖掘，发现该巨型基因簇广泛分布于链霉菌基因组中，揭示了一类被忽视的微生物协同作用天然产物资源。由于人体缺少生物素的生物合成途径，人体生物素主要通过膳食补充，因此，生物素合成途径是结核分枝杆菌与革兰氏阴性病原菌抗生素新药研发的重要靶点。该项研究为生物素合成途径抑制剂的开发提供了重要的前体化合物分子，并揭示了微生物天然产物中最为复杂的一套协同作用系统。
该研究工作得到了CIHR、ORF、天津市合成生物技术创新能力提升行动及中国科学院人才计划等项目的支持，研究成果近日发表于Nature。麦克马斯特大学Rodion Gordzevich博士与天津工生所徐敏研究员为论文共同第一作者，麦克马斯特大学Eric D. Brown与Gerard D. Wright教授为共同通讯作者。
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靶向生物素合成与利用途径抗生素巨型生物合成基因簇及其代谢产物的作用机制