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1、组合生物合成一、定义组合生物合成（CombinatorialBiosynthesis）：是在微生物次级代谢产物生物合成基因和酶学基础上形成的,通过对微生物代谢产物合成途径中涉及到的一些酶的编码基因进行操作(如替换、阻断、重组等)来改变生物合成途径产生新的代谢旁路,利用天然产物生物合成机制获得大量新的“非天然”天然产物的方法。1985年,Hopwood教授在世界首次报道用遗传工程的手段合成“非天然”的天然产物isochromanequinone,为后来的组合生物合成奠定了基础。这一领域成为天然产物代谢工程研究中最活跃的领域,许多微生物次级代谢研究的专家都加入这一领域的工作,因为
2、组合生物合成有潜力制造出很多先导化合物。美国加州高新技术产业公司研制的埃波霉素(epothilone)作为抗肿瘤药物于2007年上市。霉素原来由纤维堆囊黏细菌产生,其产量低,繁殖时间长,产品无法进行产业化生产。该公司利用基因组合技术使纤维堆囊黏细菌的埃波霉素生物合成基因在链霉菌中得到表达,并通过酰基转移酶功能域替换及羟基化酶基因的阻断,获得了主要产生埃波霉素中抗肿瘤活性最好组分的epothiloneD的基因工程菌。组合生物合成通过对天然产物代谢途径的遗传控制来生物合成新型的复杂化合物：一方面，特异性地遗传修饰天然产物的生物合成途径，以此获得基因重组菌株，生产所需要的天然产物及
3、其结构类似物；另一方面，将不同来源的天然产物生物合成基因进行重组，在微生物体内建立组合的新型代谢途径，由此重组微生物库所产生的新型天然产物构成了类似物库，有利于从中发现和发展更具有应用价值的药物。聚酮类(Polyketides)和非核糖体聚肽类(Non-RibosomalPolypeptides)在天然产物中占了相当大的比例，如：其生物合成是由PKS或NRPS蛋白催化、按照功能结构域和催化模块的排列顺序来指导化学结构的形成，编码这些酶（或结构域）的基因通常特征性地成簇分布于染色体的某一区域而构成一个基因簇。这预示研究者们可以通过结构域和模块的功能重排构建重组的PKS或NRPS
4、蛋白，从而控制聚酮或聚肽骨架结构的合成逻辑，以生产新型结构的“非天然”天然聚酮或聚肽化合物。二、聚酮类化合物聚酮类化合物是由简单脂肪酸在聚酮合酶(Polyketidesynthase,PKS)催化下经过类似长链脂肪酸的合成途径生成的。目前所发现的PKS可以归为三类:(1)Ⅰ型PKS也称为模块式PKS,它由若干个多功能多肽组成,每一个多肽上都分别携带有独特的、非重复使用的催化结构域；(2)Ⅱ型PKS也称为迭代式或芳香式PKS,它是一个多酶复合体的迭代体系(至少包含KS和ACP),通过一套可重复使用的结构域在重复的反应步骤中多次用来催化酚聚酮结构的生成；(3)Ⅲ型PKS是可重复使
5、用的同源双亚基蛋白,属于查尔酮(chalcone)合成酶类。与前两类PKS截然不同,不依赖于ACP,也不像前两类PKS是通过ACP活化酰基辅酶A的底物,而是直接作用于酰基辅酶A活化的简单羧酸。1、Ⅰ型PKSⅠ型PKS研究最为透彻,主要由酮基合成酶(ketosynthase,KS)、酰基转移酶(acyltransferase,AT)、酰基载体蛋白(acyl-carrierprotein,ACP)、脱氢酶(dehydratase,DH)、烯酰还原酶(enoylreductase,ER)和酮基还原酶(ketoreductase,KR)等功能域（结构域）组成。这些结构域组成模块化结构
6、。KS、AT、ACP是链延伸反应的“最小PKS”，由AT选择一个延伸单元，通常是乙酸或丙酸，连接到链上，由KS催化缩合反应，ACP吸住链并接受从AT来的延伸单元以备下一步缩合反应。如合成红霉素的PKS由3条多肽链(DEBS1、DEBS2和DEBS3)7个模块组成;合成雷帕霉素的PKS由3条多肽链(RAPS1、RAPS2和RAPS3)14个模块组成。延伸完成的长链由硫酯酶（thioesterase，TE）功能域催化环化成红霉素的前体6-脱氧红霉内酯B（6-deoxyerythronolideB,6-DEB)AnalogousenzymaticlogicusedbytheATdo
7、maininmodularPKSs.Theacyltransferase(AT)andacylcarrierprotein(ACP)domainsarepresentinallmodules.Theketosynthase(KS)domainispresentinallchainextensionmodules.Thedehydratase(DH),enoylreductase(ER),andketoreductase(KR)domainsareoptionaldomains.acyltransfera
