基因组测序在海洋微生物天然产物发现中的应用

通过基因组测序获得的大量生物学信息，可以分析菌株的次级代谢潜能，快速发现可能的新天然产物生物合成基因簇。由于许多次级代谢产物均由组装成模块的多功能合酶PKS/NRPS所催化，且往往与调节基因和抗性基因相连成簇，因此通过对PKS/NRPS中结构域的分析，可预测新聚酮和非核糖体多肽的大致化学结构。通过优化发酵条件或采用异源生物合成等方式，最终促使“沉默”的基因簇得到表达，从而获得新的天然产物。Udwary等测定了Salinispora tropica CNB-400中5183331bp的环状基因组序列，经生物信息学分析，找到了17个次级代谢生物合成基因簇，这些基因簇的总长度大约518kb，占基因组容量的10%左右。这是在已测序的微生物中，次级代谢相关基因所占比例最大的菌株。而到目前为止，从该菌株中分离得到的化合物仅有salinosporamides、sporolides、lymphostin和salinilactam。此外，从这17个次级代谢相关的生物合成基因簇中，分别发现了desferrioxamine、yersiniabactin和coelibactin相似的生物合成基因簇。需要说明的是，基因组测序和化合物结构解析对化合物的鉴定是相辅相成的，如在大环聚烯化合物salinilactam的发现过程中，基因组测序获得的信息加快了该化合物结构的解析；而结构的最终确定反过来也揭示了相关化合物生物合成基因簇的排列方式，有助于人们了解海洋放线菌的次级代谢能力及阐述其与海洋环境相适应的生理特性。随着基因组测序技术的发展和成本的降低，越来越多的海洋微生物中次级代谢生物合成基因簇及其相关的新产物将会陆续被发现。