编辑推荐：
为探究海洋链霉菌非典型非核糖体肽合成酶（NRPS）的奥秘，研究人员挖掘其生物合成基因簇（BGC）并异源表达。结果发现新环肽 jejumide，结构似真菌来源，且具抗炎活性。这为新型生物活性化合物研发提供方向。
在神秘的海洋世界里，链霉菌（Streptomyces）宛如一座天然的宝藏库，源源不断地产出各种微生物生物活性天然产物。截至 2020 年，约 42% 的细菌天然产物都由链霉菌家族贡献，其中非核糖体肽（NRP）占比达 30%。海洋覆盖了地球超过 70% 的表面积，海洋链霉菌因其独特的生存环境，蕴含着巨大的研究价值。
近年来，随着研究的深入，越来越多结构新奇的 NRP 被发现，这让科学家们对非典型非核糖体肽合成酶（NRPS）充满了好奇。NRPS 就像一个个精密的 “分子工厂”，负责合成 NRP，这些 NRP 在医药领域大显身手，有的成为抗生素对抗病菌，有的作为抗癌药物与癌症病魔斗争，还有的则是具有特殊功能的毒素。
然而，在 NRPS 的研究道路上，科学家们遇到了不少难题。许多非典型或非线性 NRPS 的生物合成机制如同神秘的谜团，让科研人员难以捉摸。要想深入了解它们，就需要同时掌握相关基因簇和产物结构的信息，但往往二者缺一不可。这就如同拼图缺少关键碎片，阻碍了科研的进展。
为了攻克这些难题，来自韩国首尔国立大学（Seoul National University）、加昌大学（Gachon University）和庆熙大学（Kyung Hee University）的研究人员携手开启了一场探索之旅。他们将目光聚焦于从济州岛松岛湾深海沉积物（深度 108 - 110m）中分离出的链霉菌 Streptomyces sp. SNJ102。
研究人员首先利用 antiSMASH5.0 软件对 SNJ102 进行了全面的基因组分析，发现了 31 个潜在的生物合成基因簇（BGC），其中有一个非典型 NRPS 的 BGC——SNJ102 BGC 24 引起了他们的注意。这个基因簇的结构与典型 NRPS 不同，含有不完整的单域和双域模块，antiSMASH5.0 软件都无法预测其 A 结构域的底物。
为了深入研究 BGC 24，研究人员运用了多种技术。他们通过构建细菌人工染色体（BAC）文库，筛选出含有 BGC 24 的克隆。接着，采用转化相关重组（TAR）克隆技术，将 BGC 24 捕获并连接到 pCB_Apr 载体上，随后把重组质粒导入不同的链霉菌宿主菌株中进行异源表达。在众多宿主菌株中，他们惊喜地发现 Streptomyces albus J1074 能够成功表达 BGC 24 的所有生物合成核心基因。
经过一系列复杂的实验操作，研究人员成功分离出一种新的化合物 1，并将其命名为 jejumide。他们利用高分辨率液相色谱 - 质谱（LC - MS）和核磁共振光谱（NMR）等技术，对 jejumide 的结构进行了精准解析。结果令人惊讶，jejumide 的结构与真菌来源的环肽单体结构更为相似，而非其他链霉菌产生的环肽。
随后，研究人员对 jejumide 的生物活性展开了研究。他们发现，虽然 jejumide 对大肠杆菌 DH10B 和恶臭假单胞菌 ATCC17453 没有抗菌活性，但在细胞实验中却展现出了强大的抗炎能力。在脂多糖（LPS）诱导炎症的 RAW264.7 细胞模型中，jejumide 能够显著抑制一氧化氮（NO）的产生，同时降低环氧化酶 - 2（COX - 2）和诱导型一氧化氮合酶 2（iNOS）的表达，有效减轻炎症反应。
在探究 jejumide 的生物合成途径时，研究人员根据真菌环肽的生物合成模型，提出了两种可能的方式：平行模型和循环模型。但由于该非典型 NRPS 的特殊性，还需要进一步深入研究来明确其具体的生物合成机制。
这项研究成果发表在《Marine Life Science & Technology》上，具有重要的意义。它不仅发现了一种新的细菌环肽，为天然产物家族增添了新成员，还揭示了其潜在的抗炎应用价值，为开发新型抗炎药物提供了新的方向。此外，对非典型 NRPS 的探索，有助于科学家们更好地理解复杂的生物合成机制，为合成生物学和组合生物合成的发展提供了宝贵的参考，推动了生命科学和健康医学领域的进步。
研究人员在研究过程中主要运用了以下关键技术方法：一是生物信息学分析，借助 antiSMASH5.0 软件分析基因组，预测生物合成基因簇；二是构建 BAC 文库，筛选目标基因簇；三是利用 TAR 克隆技术捕获并克隆目标基因；四是通过异源表达技术在不同链霉菌宿主中表达目标基因；五是运用高分辨率 LC - MS 和 NMR 技术进行化合物的结构鉴定；六是采用细胞实验检测化合物的生物活性。
下面我们来详细看看研究结果：
- 生物合成基因簇分析和异源表达：通过 antiSMASH5.0 分析 SNJ102 的次生代谢产物 BGCs，预测出 31 个潜在的 BGCs，其中发现非典型 NRPS 的 BGC 24。构建 BAC 文库筛选出含 BGC 24 的克隆，经 TAR 克隆后导入不同链霉菌宿主，确定 Streptomyces albus J1074 为合适宿主并确认新化合物产生。
- 化合物 1 的结构解析：从培养物中分离出化合物 1（jejumide），利用高分辨率电喷雾电离质谱和 NMR 数据确定其分子式、结构特征，通过相关实验确定其氨基酸组成及绝对构型。
- 化合物 1 的抗炎作用：在细胞实验中，jejumide 对 LPS 诱导炎症的 RAW264.7 细胞无细胞毒性，能抑制 NO 产生，降低 COX - 2 和 iNOS 的表达，展现出抗炎效果。
研究结论和讨论部分再次强调了此次研究的重要性。基因组分析发现了能产生新细菌环肽的非典型 NRPS BGC，其结构类似真菌来源环肽，且 jejumide 具有抗炎活性。尽管 jejumide 的生物合成机制还需进一步探索，但该研究为海洋放线菌非典型 NRPS 的研究提供了新视角，对新型生物活性化合物的发现和开发具有重要的推动作用，也为合成生物学和药物研发领域带来了新的思路和方向。
