結(jié)構(gòu)獨(dú)特、活性顯著的天然產(chǎn)物是大自然進(jìn)化的結(jié)果，對(duì)這些天然產(chǎn)物進(jìn)行生物合成研究是從基因、生物合成途徑及酶催化反應(yīng)角度理解自然界生物-化學(xué)的合成、調(diào)控及拮抗過(guò)程，對(duì)于新結(jié)構(gòu)發(fā)現(xiàn)與創(chuàng)造以及復(fù)雜化合物高效制備均具有重要推動(dòng)作用。近日，中國(guó)科學(xué)院上海有機(jī)化學(xué)研究所唐功利研究員課題組在復(fù)雜抗腫瘤天然產(chǎn)物的生物合成研究中取得了重要進(jìn)展，相繼發(fā)現(xiàn)了一系列新奇的生物合成過(guò)程，并揭示了一種獨(dú)特的微生物自我保護(hù)機(jī)制。

萘啶霉素(Naphthyridinomycin，NDM)、奎諾卡星(Quinocarcin，QNC)及Ecteinascidin 743 (ET-743)都具有顯著的抗腫瘤活性，其中ET-743已發(fā)展為第一例海洋天然產(chǎn)物來(lái)源的抗腫瘤新藥。這三種化合物都具有一個(gè)獨(dú)特的二碳單元結(jié)構(gòu)，其生物合成來(lái)源問(wèn)題一直沒(méi)有得到解決。為了揭示這一謎團(tuán)，唐功利課題組在克隆了NDM和QNC生物合成基因簇的基礎(chǔ)上，通過(guò)前體喂養(yǎng)標(biāo)記、體內(nèi)相關(guān)基因敲除-回補(bǔ)，以及體外酶催化反應(yīng)等多種實(shí)驗(yàn)手段相結(jié)合的方式闡明了二碳單元的獨(dú)特生源合成機(jī)制：一組獨(dú)特的雙組分轉(zhuǎn)酮酶負(fù)責(zé)催化二碳單元由酮糖轉(zhuǎn)移至?；休d蛋白上，而后經(jīng)過(guò)非核糖體肽合成酶途經(jīng)進(jìn)入到最終的化合物中 (Proc. Natl.Acad. Sci. USA, 2012, 109, 8540)。這種將基礎(chǔ)代謝中的酮糖直接轉(zhuǎn)化為次級(jí)代謝所需要的二碳單元在非核糖體肽合成中是首次報(bào)道，該研究結(jié)果也有助于揭示海洋藥物ET-743獨(dú)特的二碳單元生物合成來(lái)源。

抗生素谷田霉素（Yatakemycin，YTM）可以抑制致病真菌，且對(duì)腫瘤細(xì)胞表現(xiàn)出極強(qiáng)的毒性（比抗腫瘤藥物絲裂霉素的活性高約1000倍）；該家族化合物屬于DNA烷基化試劑，典型的結(jié)構(gòu)特征是吡咯吲哚環(huán)上的環(huán)丙烷結(jié)構(gòu)。為了闡明其獨(dú)特的生物合成機(jī)制，該課題組利用全基因組掃描技術(shù)定位其生物合成基因簇，通過(guò)基因敲除結(jié)合生物信息學(xué)分析確定了基因簇邊界。在對(duì)突變株的發(fā)酵檢測(cè)中成功分離鑒定了中間體YTM-T的結(jié)構(gòu)，并結(jié)合體外生化實(shí)驗(yàn)揭示了一類同源于糞卟啉原III-氧化酶的甲基化酶以自由基機(jī)理催化YTM-T發(fā)生C-甲基化。這是此類蛋白催化自由基甲基化反應(yīng)的首例報(bào)道（J.Am. Chem. Soc., 2012, 134, 8831），為下一步闡明YTM結(jié)構(gòu)中最重要的環(huán)丙烷部分生物合成途徑奠定了基礎(chǔ)。在此基礎(chǔ)上，通過(guò)體內(nèi)基因敲除、互補(bǔ)、異源表達(dá)與體外生化、結(jié)構(gòu)模擬突變等系統(tǒng)功能研究，揭示了第一例來(lái)源于微生物次生代謝的糖基水解酶參與的堿基剪切修復(fù)機(jī)制，其生理功能是參與YTM的自身抗性機(jī)制，從而保護(hù)產(chǎn)生菌免受YTM這一高活性DNA烷基化劑自身的傷害(Angew. Chem. Int.Ed. 2012, 51, 10532)。這一獨(dú)特機(jī)制的發(fā)現(xiàn)也引起了同行的關(guān)注(Nat. Chem.Biol. 2012, 8, 873)。