［本站讯］近日，山东大学微生物改造技术全国重点实验室李盛英团队联合厦门大学王斌举团队和张延东团队，在国际权威期刊《美国化学会志》（Journal of the American Chemical Society）上发表了题为《揭秘硫乳霉素生物合成中的硫代内酯环构筑机制》（Deciphering the thiolactonization mechanism in thiolactomycin biosynthesis）的研究成果。

该研究成功解析了含硫抗生素硫乳霉素（thiolactomycin）的生物合成过程，发现了一种独特的由非核糖体肽合成酶杂环化功能域（NRPS-Cy）和细胞色素P450酶协同催化的γ-硫代内酯环构筑机制，从而破解了含硫天然产物生物合成领域的重要谜团。山东大学博士生郭嘉伟和厦门大学博士生张巧玉、博士后沈洋为论文共同第一作者。山东大学张兴旺研究员、李盛英教授和厦门大学王斌举教授、张延东教授为共同通讯作者。

硫乳霉素是由放线菌产生的一类对革兰氏阳性和阴性细菌均具有显著抑制活性的天然产物，其结构中独特的γ-硫代内酯环使其能够特异性靶向细菌II型脂肪酸合酶发挥抑菌功能，但对人类和哺乳动物脂肪酸合成过程不会产生影响，这一特性使其成为极具开发前景的新靶点抗生素候选分子。经过40余年的研究，硫乳霉素的药理学特性、分子作用机制以及化学合成路线已得到系统阐明。然而，该分子生物合成中最为关键的药效团—γ-硫代内酯环的形成机制至今仍未得到解析。

本研究从南极深海海绵共附生放线菌Streptomyces sp. S6043a中分离得到硫乳霉素类化合物。研究人员首先通过生物信息学分析和体内基因定点突变实验，锁定了与γ-硫代内酯环形成相关的基因，包括非核糖体肽合成酶（NRPS）TlnC的Cy功能域和TlnD的A-PCP结构域，以及细胞色素P450酶TlnA的编码基因。为了深入解析催化γ-硫代内酯环构筑的酶学基础和催化机制，研究人员进一步利用NRPS蛋白功能域拆分表达策略，使用化学合成的聚酮中间体为底物，通过一锅法反应在体外成功重建了γ-硫代内酯环骨架的构筑过程，发现TlnC蛋白的杂环化功能域Cy能够催化一种罕见的硫原子转移反应，即其能够将来源于半胱氨酸的硫原子转移至聚酮底物形成不稳定的硫代羧基中间体，而P450酶TlnA则能够通过催化独特的C-S成环反应将这一中间体转化为具有γ-硫代内酯环骨架的硫乳霉素。

研究人员进一步综合利用体外生化实验、结构生物学分析、氨基酸定点突变技术、同位素标记实验、量子力学/分子力学（QM/MM）和密度泛函理论（DFT）计算、初级同位素动力学效应（KIE）和核磁共振时间梯度实验等多种技术手段，对Cy功能域和P450酶的催化机制进行了深入探究。研究结果发现，Cy功能域通过顺序催化“酰胺键构筑—分子内环化—开环重排—C-S键裂解”过程实现硫原子的转移。值得一提的是，已知功能的Cy功能域通常通过“缩合-环化-脱水”过程催化天然产物生物合成中噻唑/噁唑环的生成，因此本研究发现的Cy是一种具有全新催化功能的蛋白，且序列进化分析表明其具不同于其他已知Cy功能域的进化历程。催化机制研究表明，P450酶TlnA能够通过“远端自由基”介导分子内C-S成环反应，并严格控制这一反应的立体选择性，从而实现γ-硫代内酯环的直接构筑，这一发现改写了之前提出的环氧中间体假说。

综上，本研究完整解析了硫乳霉素的生物合成过程，鉴定了自然界首例酶催化γ-硫代内酯环构筑反应，发现了具有全新催化功能的Cy功能域蛋白和P450酶，并对其催化机制进行了深入研究。本研究不仅为硫乳霉素这一重要新靶点抗生素候选分子的生物合成改造奠定了遗传学、酶学和机制基础，更为重要的是拓展了我们对含硫天然产物生物合成机制多样性的认知，同时为合成生物学研究提供了全新的酶催化元件。

此外，研究团队近日还成功解析了含硫天然产物喹诺菌素（Thioquinolobactin）中硫代羧酸官能团的生物合成机制，并运用“元素工程”策略开发了一种硒代羧酸类化合物的生物合成方法。相关成果以《喹诺菌素生物合成中的羧酸修饰》（Carboxylic Acid Tailoring in Thioquinolobactin Biosynthesis）为题发表于《天然产物杂志》（Journal of Natural Products）。山东大学硕士生王璇为论文第一作者，张兴旺研究员为论文通讯作者。

上述研究得到了国家重点研发计划、国家自然科学基金、山东省自然科学基金等项目的资助。微生物改造技术全国重点实验室是论文的第一作者和通讯作者单位。