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环境微生物学课题组揭示5-羟基吡啶-2羧酸微生物代谢的新机制

2018525日,美国微生物学会(ASM)旗下杂志《应用与环境微生物学》(Applied and Environmental Microbiology)发表了万博manbetx正规大网环境微生物学课题组的题为“Genetic and Biochemical Characterization of 5-Hydroxypicolinic Acid Metabolism in Alcaligenes faecalis JQ135”的研究成果,万博manbetx正规大网微生物学系青年教师邱吉国博士为论文第一作者,何健教授为通讯作者。

5-羟基吡啶-2羧酸(5HPA)是一种天然的吡啶衍生物,可由海洋细菌Nocardia细菌或微藻产生。最近研究发现5HPA是几种中药的生物活性成分,包括猴头菌(Hericiumerinaceus),白背三七草(Gynuradivaricata)和马齿苋等。微生物能够降解5HPA,其降解中间产物2,5-二羟基吡啶(2,5DHP)是一种具有潜在商业价值的化工中间体,可用于合成抗癌药物5-aminolevulinic acid。迄今为止,关于5HPA的微生物降解或转化的报道较少,仅限于代谢途径和粗酶的研究,在基因水平及蛋白水平的研究相当匮乏。

本研究利用转座子随机突变和染色体步移法从粪产碱菌Alcaligenes faecalisJQ135克隆到一个5HPA降解的基因簇hpa(图1)。该簇包含5个转运蛋白和4个功能基因。通过基因敲除和异源表达等方法,发现hpaM编码(5-羟基吡啶-2羧酸单加氧酶),将5HPA氧化脱羧生成2,5DHPhpaXhpaDhpaF分别编码2,5-二羟基吡啶-5,6-双加氧酶、甲酰富马酸脱甲酰酶和马来酰胺氨基水解酶,这三个酶将2,5DHP转化为马来酸。此外,在基因簇外的基因maiA(编码马来酸顺反异构酶)将马来酸转化为富马酸(TCA循环产物),完成5HPA的分解代谢。本研究从生物化学和遗传角度鉴定了5HPA完整代谢途径中的各个酶基因。

本研究丰富了天然吡啶衍生物的微生物降解分子机制,同时也为天然吡啶衍生物的绿色转化提供了新的菌株和基因资源。

论文链接:http://aem.asm.org/content/early/2018/05/21/AEM.00910-18.abstract

 

 

1 A. faecalis JQ135降解5HPA的分子机制。(A5HPA的降解途径;(B5HPA降解基因簇hpa的组成。