链霉菌KCCM12257中O-甲基转移酶的鉴定及多酚甲基化产物的生物活性研究

本研究针对天然产物结构修饰的瓶颈问题，从链霉菌Streptomyces sp. KCCM12257中克隆获得新型O-甲基转移酶(OMT)，通过构建E. coli C41共表达metK（SAM合成酶）的工程菌株，实现5-O-甲基白藜芦醇(120 mg/L)等4种甲基化多酚的高效制备。首次发现甲基化二氢杨梅素和藜芦醇衍生物具有显著抗结核活性(MIC 25 μg/mL)，为开发新型抗结核药物提供了酶催化工具和先导化合物。

　　

在天然药物开发领域，多酚类化合物的结构修饰一直是提升其生物活性的关键策略。黄酮类化合物(flavonoids)和白藜芦醇(resveratrol)等植物次级代谢产物虽具有广泛的药理活性，但其临床应用常受限于水溶性差、代谢不稳定等问题。其中，O-甲基化修饰能显著改善这些缺陷——通过O-甲基转移酶(O-methyltransferase, OMT)催化S-腺苷-L-甲硫氨酸(S-adenosyl-L-methionine, SAM)的甲基转移，可增强化合物的膜渗透性和代谢稳定性。然而，现有OMT普遍存在底物特异性强、催化效率低等问题，且微生物来源OMT的功能研究相对滞后。更严峻的是，结核分枝杆菌(Mycobacterium tuberculosis)的多重耐药性问题日益突出，传统抗结核药物的疗效持续下降，亟需开发基于天然产物的新型抗菌剂。

针对这些挑战，韩国基础科学研究院等机构的研究人员从药用微生物资源Streptomyces sp. KCCM12257中挖掘出一种新型OMT。该研究通过基因克隆、蛋白表达及酶学表征，系统解析了该酶的催化特性；进而构建E. coli工程菌实现多酚底物的高效甲基化，并首次评估了产物的抗结核活性。相关成果发表于《International Journal of Biological Macromolecules》，为天然产物结构改造提供了高效的生物催化工具，同时发现了具有临床应用潜力的抗结核先导化合物。

关键技术方法包括：1）从Streptomyces sp. KCCM12257基因组中克隆OMT12257基因；2）在E. coli C41中重组表达36.12 kDa的OMT蛋白；3）与metK基因共表达构建SAM自供给工程菌；4）采用全细胞生物转化法生产甲基化多酚；5）通过NMR等技术鉴定产物结构；6）测定甲基化产物对结核分枝杆菌的最小抑菌浓度(MIC)。

【Sequence analysis of the OMT12257】
生物信息学分析显示，OMT12257含337个氨基酸，属于I类金属离子依赖性OMT（分子量36.12 kDa，等电点pI 5.17）。序列比对发现其与链霉菌LaPhzM有42.9%同源性，且具有保守的SAM结合域和Mg²⁺结合位点，暗示其可能通过金属离子辅助催化。

【Culture media, strains, and reagents】
实验采用LB培养基培养工程菌，以IPTG诱导蛋白表达。酶活测试表明，该OMT在pH 8.0、Mg²⁺存在时活性最高，而其他二价/一价金属离子（除Ca²⁺外）均抑制酶活，揭示了其独特的金属辅因子依赖性。

【Conclusions】
通过优化生物转化体系，研究实现了4类甲基化产物的高效制备：5-O-甲基白藜芦醇(120 mg/L)、3'-O-甲基二氢杨梅素(75 mg/L)、7-O-甲基山奈酚（鼠李柠檬素，60 mg/L）及木犀草素衍生物(85 mg/L)。甲基化模式分析发现，木犀草素、二氢杨梅素和白藜芦醇可发生A/B环双甲基化，而其他底物多为单甲基化。尤为重要的是，甲基化二氢杨梅素和白藜芦醇对结核分枝杆菌展现出显著抑制活性（MIC 25 μg/mL），较未甲基化母核化合物（MIC≥100 μg/mL）活性提升4倍以上，这是首次报道此类甲基化衍生物的抗结核作用。

该研究的突破性在于：1）发现链霉菌来源OMT12257具有广谱底物适应性，能催化黄酮、二氢黄酮及芪类化合物的甲基化；2）建立SAM自供给的工程菌体系，解决了辅因子限制的产业化瓶颈；3）首次揭示特定位置甲基化（如二氢杨梅素3'-OH、白藜芦醇5-OH）与抗结核活性的构效关系。这些发现不仅为天然药物结构优化提供了高效的酶催化工具，更为抗结核药物研发开辟了新途径——通过理性设计OMT催化的定向甲基化，有望获得更具临床应用价值的衍生化产物。