二萜化合物是一類廣泛分布在植物、真菌、細(xì)菌和海洋生物中的天然化合物，結(jié)構(gòu)豐富多樣并且多具有很好的生物活性，包括臨床上用于治療癌癥的藥物紫杉醇（Taxol）；治療心血管系統(tǒng)疾病的銀杏內(nèi)酯、丹參酮（Tanshinone）以及抗炎止痛的pseudopterosin A等。由于二萜化合物重要的醫(yī)用價值，負(fù)責(zé)其生物合成的二萜環(huán)化酶的研究近年來引起了極大的關(guān)注。

鳥巢烷二萜是一類主要由擔(dān)子菌（Cyathus, Hericium, Sarcodon, etc.）產(chǎn)生的天然產(chǎn)物，具有罕見的特征性的5/6/7三環(huán)骨架和多樣的生物活性，包括抗菌、抗腫瘤、促進(jìn)神經(jīng)生長因子生長等。其中的erinacine A對老年癡呆的模型小鼠具有治療作用，有望開發(fā)成為治療老年癡呆的藥物。該類化合物化學(xué)全合成路線復(fù)雜，難以應(yīng)用。合成生物學(xué)的發(fā)展為鳥巢烷二萜的大規(guī)模制備提供了可能性，但迄今為止負(fù)責(zé)該類化合物生物合成的基因和酶仍然不清楚。

中國科學(xué)院微生物研究所劉宏偉研究組從猴頭菇、鳥巢菌屬真菌中發(fā)現(xiàn)了20個具有抗腫瘤活性的鳥巢烷二萜新化合物（Fitoterapia, 2013, 76, 45; Food Chem., 2014, 152, 169; J. Biol. Chem., 2015, 290, 23563; Eur. J. Med. Chem., 2016, 111, 183）。為便于開展鳥巢烷二萜的生物合成機(jī)制研究，研究組與中國醫(yī)學(xué)科學(xué)院藥用植物研究所郭順星研究員團(tuán)隊(duì)合作首次測定了猴頭菇的全基因組。在此基礎(chǔ)上，通過生物信息學(xué)、代謝產(chǎn)物譜以及定量PCR技術(shù)在猴頭菇（Hericium erinaceum）和隆紋黑蛋巢（Cyathus striatus）中確定了負(fù)責(zé)鳥巢烷二萜生物合成的基因簇；通過全基因合成、異源表達(dá)及酶催化活性研究首次鑒定了鳥巢烷二萜環(huán)化酶EriG；以鳥巢烷二萜環(huán)化酶EriG基因序列為參考，通過基因組大數(shù)據(jù)挖掘，發(fā)現(xiàn)EriG的同源蛋白廣泛分布在海洋細(xì)菌、鏈霉菌、粘細(xì)菌、藻類和真菌等多個類群中，進(jìn)一步的生物信息學(xué)分析表明EriG及其同源蛋白屬于UbiA異戊烯基轉(zhuǎn)移酶超家族中的全新成員，代表了一類全新的二萜環(huán)化酶；利用合成生物學(xué)方法從擔(dān)子菌和細(xì)菌中鑒定了該家族7個二萜環(huán)化酶的功能并發(fā)現(xiàn)了一個新骨架二萜化合物。

研究組的工作解決了長期以來困擾人們的鳥巢烷二萜環(huán)化酶的鑒定難題，拓展了人們對于UbiA異戊烯基轉(zhuǎn)移酶超家族蛋白生化功能的認(rèn)識和理解，豐富了二萜環(huán)化酶的類型，同時為鳥巢烷二萜的生物制備奠定了重要理論基礎(chǔ)。

以上研究成果以“Discovery and Characterization of a New Family of Diterpene Cyclases in Bacteria and Fungi”為題在線發(fā)表在化學(xué)類頂級期刊《德國應(yīng)用化學(xué)》 雜志(Angew. Chem. Int. Ed. 2017，DOI: 10.1002/anie.201700565)。微生物所助理研究員楊彥龍博士是該論文的第一作者，劉宏偉研究員為通訊作者。該研究工作得到了微生物研究所陶勇、溫廷益和尹文兵等研究組的支持與幫助。該工作得到國家自然科學(xué)基金（81673334；21472233；）、973項(xiàng)目（2014CB138304）和中國科學(xué)院戰(zhàn)略生物資源服務(wù)網(wǎng)絡(luò)計(jì)劃（ZSTH-016）的資助。

文章鏈接: http://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/anie.201700565/full