一 概述
抗生素糖苷在临床上主要用于抗菌和抗肿瘤，在抗生素生物合成基因簇中已经发现了很多编码糖基转移酶的基因[1]，但人们对抗生素糖基转移酶(antibiotic glycosyltransferases，Gtfs)的特异性和催化机制了解不多。糖基与不同配基的结合能大大增加天然产物的结构多样性，在功能上，这些糖组分通常参与目的细胞的分子识别，影响化合物的生物活性[2]。目前，随着抗生素的广泛使用，耐药菌也在逐年增加，迫切需要寻找新的抗生素来与之抗衡。通过体外糖基化增加抗生素种类和改变抗生素活性成为一条很有前景的途径，探讨糖苷类抗生素的产生机制和糖基转移酶的催化特征，有望为发现和改造新活性的抗生素奠定基础。
本毕业设计期望以酵母为实验载体，通过学生前期阅读独立文献，之后在酵母底盘上构建出完整的糖基转移酶表达体系，并且通过进一步实验探究如何提高糖基转移酶在酿酒酵母改造株的产量，最终对未来糖基转移酶应用前景的展望。
二 介绍
糖基化 (glycosylation) 是自然界广泛存在的重要生物修饰反应, 产生的糖复合物功能各异, 包括能量储存、细胞结构完整性的维持、信号储存与传导、分子识别、毒性以及化学防御; 另外, 蛋白糖基化的异常也会导致人类的一些疾病[3]。微生物, 尤其细菌经常使用糖基化的小分子物质作为化学防御的武器来获得微生物群体中的生存优势, 更为重要的是这些糖基化小分子中相当一部分在临床上用于防治与治疗细菌和真菌感染、癌症及其他人类疾病; 并且,在通常情况下, 这些糖基修饰对小分子化合物的活性是必须的, 因此改变糖基的结构将深刻影响化合物的活性、选择性以及药代动力学特性等[4,5]。糖基对天然产物活性的重要性大大激发了研究人员通过改变糖基修饰改良天然产物活性的研究兴趣。目前已经从原核生物多糖和糖类天然产物中发现了一百多种不同的糖, 其中绝大部分是去氧糖而且经过高度修饰, 包括甲基化、氨基化及酰基化等, 为糖基异构化改良生物活性提供了巨大潜能[5]。天然产物中的糖基化通常是由糖基转移酶来完成的, 糖基转移酶把糖分子从一个供体 (donor) 转移到一个受体 (acceptor) 上, 同时形成糖苷键[6]。虽然糖基转移酶通常表现出较强的底物特异性, 研究已发现一些糖基转移酶, 特别是经过突变修饰过的糖基转移酶, 表现出较强的对底物的宽泛性, 这使得天然产物的糖基异构化成为可能。
三 糖基转化酶转化机理
1.糖基化作用
近年来, 天然产物中特异性糖化合物的分离与鉴定、生物合成基因簇的克隆以及比较基因组等方法的综合应用促成了人们对糖的生物合成路径的了解。据目前的研究所知, 绝大多数的天然产物糖来源于 1-磷酸葡萄糖; 它可以由细胞内非常丰富的 6-磷酸葡萄糖异构而来[3]。这些单糖必须首先被连接到核糖核酸 (NDP 形式, 极少数情况下是 NMP 形式) 上完成活化才能进入糖的合成途径 (图 1), 通过进一步的酶修饰, 包括脱氧、转氨基、转甲基以及差向异构化 (D-与 L-型) 等形成高度修饰的最终产物, 作为糖基化的糖基供体 (图 1A)[3, 5]。随着对糖合成途径研究的深入, 使得人为操控与设计特定糖结构的合成成为可能, 如 amicetose[7]。由于amicetose 的天然生物合成途径尚未报道,Salas 实验室的研究人员人为地把不同来源的基因组合在一起, 他们分别编码合成 amicetose (D-与 L-型) 所需的酶, 最终成功地合成了 D-型与 L-型 amicetose, 并分别用于糖基化[7]。
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