1980年代后期,一名澳大利亚妇女在她的花园中与一蜘蛛短暂相遇,后者在她的小手指刺了一下,强毒性造成右手的肘部以下被截肢。有人从坏死的深部组织样品培养出一种真菌Rhizopus microsporus var. microsporus CBS 308.87。常见文献报道昆虫和蜘蛛可作为此类真菌植入皮下组织的载体。有趣的是,蜘蛛咬伤传播的真菌菌株中也含有共生细菌。[7]其中细菌内共生菌(Burkholderia sp. HKI-0404, isolate B8; Figure 1A)处在根霉菌-伯克霍尔德氏菌共生系统(Rhizopus-Burkholderia symbiosis)中独立的进化枝,除了产生抗有丝分裂的根瘤菌素(rhizoxin)类混合物外,内共生细菌B8的代谢潜能仍有待发掘。 真的蜘蛛以及组织坏死会不会吓着大家,所以选了蜘蛛侠,表示漫威与DC都喜欢!(图片来自百度) 为了发现可能导致组织坏死的天然产物,作者比较了八种共生细菌(B1-8)的代谢谱,发现B8产生的根瘤菌素混合物滴度较低。意外的是,作者还发现了菌株B8独有的化合物家族(图1B),于是研究人员从菌株B8发酵液中分离出了主要成分(1-4)。活性分析发现所有化合物均有高度的细胞毒性,表明它们可能在真菌感染后促成坏死组织的形成。进一步研究发现细菌与真菌宿主共生时同样产生此类化合物(图1B)。至此研究人员解析并将这一系列新化合物命名为:necroximes A–D (1–4)(图1C)。此处结果暗示了组织坏死是由共生细菌而非宿主真菌引发的。 Figure 1. A) Burkholderia sp. strain B8 and Rhizopus microsporus monitored by fluorescence microscopy; staining with Calcofluor White and Syto9 Green. B) HPLC profiles of Burkholderia sp. in pure culture (B8) and in symbiosis with the host (F8); C) Structure elucidation of necroximes A–D (1–4). 细菌苯甲内酰胺类化合物具有杀真菌作用并能有效抑制肿瘤细胞的生长(图2B)。然而细菌苯甲内酯的生物合成至今未见报道。Necroximes是细菌苯甲内酯酰胺类家族的新成员,考虑到苯甲内酯酰胺的临床重要性以及此类化合物的高细胞毒性,实验仍要继续。
Figure 2. Benzolactone structures from diverse producer strains.
为了深入了解Necroximes生物合成的分子基础,作者对Burkholderia sp. 菌株B8使进行测序。经结构分析结合生信分析,作者锁定了一个66 kb的候选基因簇 nec (Gene accession number MN734804),该簇包含多模块trans -AT PKS/NRPS杂合装配线基因(necA–J),细胞色素P450单加氧酶(NecI)。研究人员构建了基因缺失突变体ΔnecA和ΔnecF(图3A),经HPLC分析发现:NecF负责合成苯并内酯酰胺,NecA负责肽侧链的形成,而M-13模块可能负责苯甲酸部分的形成,随后研究人员推测了Necroximes的生物合成途径(图3B)。
Figure 3. A) Organization of the nec biosynthetic gene cluster, strategy for gene deletion, and metabolic profiles of mutants. B) Model for necroxime biosynthesis on a PKS/NRPS assembly line.
Figure 4. A) Phylogenetic analysis of DH domains and their conserved motifs (Weblogo), comparison of canonical (HXXXGXXXXP and DXXXQ) and non-canonical bacterial DH domains. C) Genomics-guided identification of oximidine III in P. baetica.
Figure 5. Deduced PKS/NRPS assembly lines and predicted metabolite backbones that correspond to known benzolactones.