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ACS高分项目文章｜山东大学发表黏细菌5-甲基吡嗪酮的生物合成及生理功能研究
简介
山东大学微生物技术国家重点实验室李越中/吴长生教授团队与张伟教授合作在国际权威期刊《ACS central science》上发表题为“Deciphering The Biosynthesis and Physiological Function of 5-Methylated Pyrazinones Produced by Myxobacteria”的研究论文，山东大学为唯一完成单位和通讯作者单位。贝纳基因为该项研究提供了细菌基因组测序服务。
黏细菌是一类重要的药源微生物，能产生结构复杂且生物活性突出的次级代谢产物。作者从一株稀有黏细菌Corallococcus exiguus SDU70中发现了一类5-甲基吡嗪酮类化合物coralinone，通过体外酶反应、基因敲除等实验解析了其生物合成途径，并发现coralinone能促进液体培养时菌体的凝集。
英文标题：Deciphering the Biosynthesis and Physiological Function of 5‑Methylated Pyrazinones Produced by Myxobacteria
中文标题： 黏细菌5-甲基吡嗪酮的生物合成及生理功能研究
发表时间&期刊：2024.02 & ACS Central Science（IF：12.7）
主要结果
1. C. exiguus SDU70中吡嗪酮类化合物的鉴定及其合成途径
利用13C标记的SAM培养黏细菌，发现无同位素标记coralinone积累，暗示着5-CH3可能来源于C-甲基转移酶的结构修饰。进一步通过同位素标记与LC-MS鉴定，确定了其合成路径，corA基因自主合成coralinones，PKS部分负责5-甲基化的形成（图1）。
图1 吡嗪酮类化合物coralinone的生物合成路径
2. Coralinone促进C.exiguus SDU70和M. xanthus DK1622的细胞凝集
将C.exiguus SDU70的corA基因进行敲除，观察到固体培养状态下敲除菌的生长发育受到了抑制（图2A）。对corA在C.exiguus SDU70和模式菌株DK1622中进行过表达和异源表达发现，corA的存在能够促进液体培养下菌体凝集现象的发生（图2BC）。
图2 Coralinones促进C. exiguus SDU70和M. xanthus DK1622细胞聚集
3. Coralinone促进黏细菌胞外基质的分泌
通过扫描电镜观察不同黏细菌的细胞形态，发现corA敲除菌株细胞分散单一，胞外基质较少。而在DK1622中过表达以及外源添加coralinone均能显著促进EPS的产生，共聚焦扫描也证实了这一结果（图3）。这表明coralinone能够促进EPS产生，进而促进菌株SDU70和DK1622在液体环境中的细胞凝聚。
图3 Coralinone促进黏细菌胞外基质多糖EPS的产生
4. 蛋白酶CorB拮抗由coralinone引起的细胞凝集
对NCBI数据库中黏细菌基因组上编码5-甲基吡嗪酮的基因簇进行系统发育分析，发现了与corA基因邻近的自我抗性基因corB。通过蛋白结构以及功能预测发现corB编码一个分泌型蛋白水解酶CorB。通过体外蛋白添加、胞外蛋白降解实验和细胞成像，验证了 CorB蛋白可以作为蛋白水解酶水解胞外物质，并由此拮抗coralinones所引起的细胞凝集（图4）。
图4 蛋白酶CorB拮抗coralinone引发的细胞凝聚
研究结论
该研究首次发现黏细菌次级代谢物coralinone，并解析其生物合成途径，证实了coralinone对黏细菌的生长发育过程起调控作用。同时鉴定到一种解聚蛋白CorB，其拮抗coralinones所引起的细胞凝集。该研究不仅为黏细菌基础化学生态学提供了新的见解，还为未培养黏细菌的挖掘以及非模式黏细菌的遗传操作提供了新方向。
参考文献：
[1] Zhu lele,Yang Qingyu, Wang Degao, et al. Deciphering the Biosynthesis and Physiological Function of 5‑Methylated Pyrazinones Produced by Myxobacteria. ACS Central Science (2024).
