深海微生物来源β-咔啉生物碱的生物合成机制被解析

    国际著名期刊《应用化学》刊发了鞠建华研究团队成功解析深海微生物来源的β-咔啉生物碱的生物合成机制的论文（Angew. Chem. Int. Ed. 2013, 52, 9980-9984）。这一成果随后被Faculty of 1000推荐评论认为：阐明了McbB是一个催化形成β-咔啉骨架形成的新颖的Pictet-Spengler反应酶，这对阐明其它β-咔啉生物碱的生物合成途径具有重要指导意义。  

　　据介绍，陈奇等从一株南海深海放线菌Marinactinospora thermotolerans SCSIO 00652中分离得到5个海洋β-咔啉生物碱类化合物（1-5）入手，利用基因组挖掘、生物信息学分析和在变铅链霉菌中的异源表达技术，成功定位了基因组上的一段DNA序列编码合成海洋β-咔啉生物碱（1-5），分别为编码酰胺键合成酶的基因mcbA, 未知功能基因mcbB，和编码脱羧酶的基因mcbC。  

　　研究人员采用组合方式将mcbABC, mcbAB和mcbB基因分别克隆到大肠杆菌Escherichia coli BL21中，并分析其表达产物。结果表明，携带mcbABC和 mcbAB的基因组合均成功在E. coli BL21中表达海洋咔啉生物碱1-5，而未知功能基因mcbB在E. coli BL21中单独表达时，产生一个β-咔啉生物碱母核主产物6和两个中间体结构衍生物5和8，证明McbB蛋白负责β-咔啉骨架的形成，是一个催化该类母核形成的新颖的Pictet-Spengler 反应酶。  

　　通过前体和同位素标记（5-F-Trp和 1-¹³C, 2-¹³C, 1, 2-¹³C NaAc）喂养试验，研究人员揭示β-咔啉母核6的形成以色氨酸和三酸酸循环途径中的草酰乙酸作为前体，其形成机制包括Pictet-Spengler 环化、脱羧和脱氢过程, 是一个初级代谢和次级代谢有效结合的范例。  

　　研究人员进一步对McbB蛋白进行同源序列分析，发现其在真菌和细菌中均有分布，对其中42个高度保守的氨基酸进行单点突变并分析产物6的产生，证实Glu97 是McbB唯一的催化活性中心。  

　　该成果获得了科技部863重点课题、973项目、国家自然科学基金、中国科学院知识创新工程项目等资助。 

β-咔啉生物碱（1-5）的生物合成途径