微生物所在多氧霉素生物合成重要调控基因—poly作用的分子机制研究取得重要进展

微生物的种群多样性赋予了其代谢物的多样性，除维持生命所需的初级代谢外，微生物还可以利用其初级代谢产物为前体，合成结构复杂，功能多样的次级代谢产物，其中对人类的生活健康最有影响的是抗生素。链霉菌是土壤中生存的革兰氏阳性细菌，在目前所知的15000多种天然抗生素中，约60%是由链霉菌所产生的。因此链霉菌成为医药工业闻名遐迩的重要微生物。

    近年来，对链霉菌次级代谢产物的合成及调控的研究已经成为微生物及生物工程领域的研究热点。SARP类调控蛋白广泛存在于链霉菌中，参与了链霉菌次级代谢产物合成调控，此类蛋白通过其N端的DNA结合结构域结合在靶基因启动子DNA序列上，进而招募RNA聚合酶启动靶基因的转录，很有兴趣的是，一半以上SARP(Streptomyces Antibiotic Related Protein)类调控蛋白其C端还有一个ATPase结构域，但是迄今为止，ATPase结构域在SARP类调控蛋白调控靶基因转录过程中的作用未见报道。

    由中国科学院微生物研究所谭华荣研究员领导的实验室，通过对可可链霉菌(Streptomyces cacaoimmi)产生的一种对植物病原真菌有很好抑杀效果的重要抗生素－多氧霉素(polyoxin)生物合成的调控研究，发现生物合成基因簇中存在一个重要的调控基因—polY，它编码的产物属于含有ATPase结构域的SARP类调控蛋白，称为PolY。该实验室的研究结果表明，PolY除了具有水解ATP活性外，还可以结合ATP或ADP，它识别的靶基因是多氧霉素生物合成基因簇中的polR基因。在不同生理条件下，细胞内ADP和ATP的浓度会发生变化，造成PolY对靶基因启动子亲和力的改变，而这种亲和力的改变直接影响了靶基因的转录水平，进而有序地控制多氧霉素的生物合成。由于PolY可以利用其含有的ATPase结构域，感受初级代谢过程中重要的能量分子ATP或ADP，从而将细胞内的初级代谢和次级代谢联系起来，这也是首次关于SARP类调控蛋白以基础能量分子作为配体信号分子行使功能的报道。上述结果于1月16日发表在微生物学领域最有影响力的刊物—Molecular Microbiology上。这些结果为阐明这类在抗生素生物合成中广泛存在的SARP类调控蛋白的作用机制提供了重要依据，而且对理性提高有应用价值的抗生素产量有重要的理论指导意义。

    此外，此项工作得到了国家“973”项目和“863”项目(2009CB118905 and 2006AA10A209)的支持。