Дружественные грибы: раскрыт биосинтез стипитатовой кислоты
Ученые из Школы химии Бристольского университета (Великобритания) решили биохимическую загадку, остававшуюся неразгаданной 70 лет: как гриб Talaromyces stipitatus производит стипитатовую кислоту (6). Это соединение относится к трополонам — атипичной группе грибных натуральных продуктов (малых молекул, производимых генетически запрограммированными путями) с семиуглеродным кольцом. Большинство природных соединений (например, холестерин или фенилаланин) имеют кольца из пяти или шести атомов углерода.
Исследователи использовали двухэтапный биосинтетический подход — делецию генов и гетерологичную экспрессию — для изучения молекулярного пути.
Ключевые открытия:
- Установлено, что 3-метилорцинальдегид является прямым продуктом грибной нередуцирующей поликетидсинтазы (NR-PKS).
- Эта NR-PKS, вероятно, присоединяет метильную группу от S-аденозилметионина во время биосинтеза тетрактида и использует механизм редуктивного высвобождения для образования наблюдаемого альдегида.
- Ген TropA кодирует поликетидсинтазу, производящую 3-метилорцинальдегид.
- Запрограммированное метилирование происходит во время удлинения цепи, а не после формирования цепи и кольца.
Методология: Ученые совместили химические знания с данными секвенирования генома, что позволило сузить круг потенциально задействованных генов до четырех, а затем до одного генного кластера. Подтверждение пришло из исследований с нокаутом и экспрессией генов.
Значение и перспективы:
- Расшифровка кластеров: Работа позволяет понять набор генов, кодирующих биосинтез поликетидов с последующими окислительными модификациями, что часто встречается у грибов. Это открывает путь к расшифровке других загадочных грибных кластеров, продуцирующих такие соединения, как ксеновулены, цитринин, сепедонин, склеротиорин и асперфуранон.
- Поиск новых соединений: Знание генного кластера трополона позволяет эффективнее искать похожие кластеры, например, для пуберуловой кислоты — мощного противомалярийного соединения с неизвестным генным кластером.
- Развитие методов: В сотрудничестве с Школой биологических наук Бристоля команда разрабатывает системы для параллельной экспрессии десятка грибных генов, что позволит изучать более сложные системы.
- Синтетическая биология: Понимание биосинтетических путей — ключевой элемент синтетической биологии. В будущем комбинация генетических и химических знаний позволит производить биологически активные соединения (например, лекарства и агрохимикаты) с помощью биологии, а не химии, что сулит огромные преимущества с точки зрения устойчивости.
Роль вычислений: По словам профессора Рассела Дж. Кокса, вычислительные методы пока позволяют формулировать хорошие вопросы, но лабораторная работа по-прежнему необходима для поиска ответов. Фундаментальные открытия, подобные этому, формируют основу для будущих точных предсказаний.