文档介绍：新药发现和发展的新途径:
天然产物的生物合成和组合生物合成研究
刘文
生命有机国家重点实验室
中国科学院上海有机化学研究所,枫林路354号,200032
2005年中国微生物学会学术年会:
Nat. Prod. Rep. 2005, 22, 162-195; J. Nat. Prod. 2004, 67, 2141-2153;
J. Nat. Prod. 2003, 66, 1022-1037; J. Nat. Prod. 1997, 60, 52-60
天然化合物(1%)
新型药物(24-40%)
新药发展的主要来源:天然产物
Anticancer and Antibacterial Drugs: ~ 70%;
2000 ~ 2003: 15 New Natural Product-Derived Drugs Lunched and 15 Natural Product-
pounds in Phase III Clinical Trails or Registration.
以天然产物为基础发展药物的方法
获得新型结构和生物活性
的抗生素变得越来越难
一. 自然分离
合成步骤繁多
合成产率低下
二. 化学合成
以微生物作为“细胞工厂”,通过对代谢途径的遗传控制,生物合成所需要的新型药物。
以微生物为对象研究生物合成的优势
微生物产生大量具有生物活性的次生代谢产物;
易于培养、生长迅速、代谢旺盛,适合采用发酵的方法大量积累代谢产物;
遗传背景相对简单,细胞内DNA重组技术手段相对成熟。
(kb)
Structure Gene
Resistance Gene
Regulatory Gene
天然底物
吸收
合成
天然代谢产物
输出
调节
环境因素
+
_
代谢途径
酶催化反应
天然产物的次生代谢(生物合成)途径
信号传导
竞争拮抗
环境适应
抗性和耐药机制
微生物生物化学问题:
次生代谢途径存在哪些生化反应?
生化反应的酶学机制是什么?
生化反应如何协作参与抗生素形成?
微生物遗传学问题:
连续的酶催化反应如何调控?
生物体如何逃避抗生素对自身的伤害?
插入
置换
缺失
药物
组合生物合成基因库
重组微生物库
“非天然”天然
化合物库
生物合成基因簇
不同来源的生物合成基因
微生物
组合生物合成:
次生代谢途径的遗传修饰与化学结构的多样性
PCR获得PKS或NRPS基因片段
突变株
遗传转移系统
探针
发酵检测
基因文库
生物合成基因簇的克隆
酶学反应、调控和抗性机制等
次生代谢生物合成途径的建立
代谢途径的遗传修饰
应用于新药发现和发展
组合生物合成
微生物学
分子生物学
遗传学、生物化学和化学
研究策略
出发点!
核心!
应用!
目标!
目前拟开展研究的课题:
新型聚酮和聚肽类抗生素的次生代谢生物合成研究
Nacathiacin:
Anti-bacteria
Sanglifehrin A:
Immunosuppressant
Tetrocarcin A: Anti-tumor
Chlorothricin 1: Anti-bacteria
Azinomycin B: Anti-tumor
Saframycin A: Anti-tumor
例一:聚酮类Spirotetronate抗生素的生物合成研究
Produced by Streptomyces antibioticus Tü 99;
Antibiotic activity: against gram-positive bacteria (Inhibitor of pyruvate carboxylase);
Cholesterol biosynthesis
inhibition.
Produced by Micromonospora
Chaldea KY 11091;
* Anticancer Activity
* Antibacterial Activity
以T-ALL和B-CLL肿瘤模型的细胞凋亡实验表明,TC-A可能诱导一条新的细胞信号传导途径。
PKS聚酮类:
E2 A3 A4 A5 A6 E3 L M D1 D2/D3/D4/36
-3 -2 -1 0 C7 B1 B4 B2 B3/H/B5/B6/C5/C4/C3/I/J F1 G F2/K C2 C1 C6 E1 A1 A2
Chlorothricin生物合成基因的克隆
35 Enzymes