Streptomyces venezuelae의 당생합성 유전자 치환을 통한 다양한 당전이 macrolide 계열 항생물질의 생산

Abstract

Streptomyces venezuelae는 다른 방선균들과 비교하여 빠른 성장속도를 보이며 유전자 조작이 매우 용이하다. 12-, 14-membered ring macrolide를 모두 생산하며, 기질특이성이 유연한 당전이효소 DesVII과 수산화효소 PikC를 포함한다. 또한 생리활성물질의 생합성 과정을 지배하는 생합성 유전자를 조작하여 천연물 유래 생리활성 물질의 분자구조를 재구성하는 조합생합성의 숙주로서 개발할 가치가 매우 높다. S. venezuelae는 macrolide 계열의 항생제인 methymycin과 pikromycin을 생산하는 방선균이며, 이들 항생제는 공통적으로 deoxysugar인 D-desosamine을 포함한다. Polyketide synthase (PKS)에 의해 aglycone이 생합성된 후 일어나는 post-PKS 변형 단계 (glycosylation, hydroxylation)는 생성되는 화합물이 최적의 생리활성을 나타내도록 하는데 필수적이다. 특히 glycosylation은 deoxysugar 부분이 대상 분자를 인식하는데 결정적인 역할을 하기 때문에 중요한 단계이다. 본 연구에서는 S. venezuelae를 당치환 macrolide 계열 항생물질을 생산할 수 있는 시스템을 개발하기 위하여 D-desosamine의 생합성 유전자 집단이 제거된 S. venezuelae 돌연변이주 YJ003에 TDP-D-desosamine, 2,6-dideoxysugar, 6-deoxysugar의 당 생합성 경로와 함께 당전이효소인 DesVII과 당전이효소의 활성화 단백질로 알려진 DesVIII을 도입하여 당치환된 methymycin과 pikromycin의 다양한 유도체를 조합생합성 하였다. S. venezuelae의 유전자 조작을 통해 다양한 methymycin, pikromycin 당치환 유도체를 생산할 수 있는 효율적인 시스템을 구축하였으며 당전이효소 DesVII이 다양한 2,6-dideoxysugar, 6-deoxysugar에 유연한 기질특이성을 보인다는 사실을 밝혔다.;To develop a system for combinatorial biosynthesis of glycosylated macrolides S. venezuelae was genetically manipulated to be deficient in des cluster encoding the biosynthetic enzymes for the biosynthesis of D-desosamine and its transfer. Four deoxysugar biosynthetic pathways for the biosynthesis of TDP- D-desosamine, D-digitoxose, N-demethyl D-amosamine or D-quinovose in conjunction with the glycosyltransferase-auxiliary protein pair DesVII/DesVIII were separately expressed in the S. venezuelae mutant strain. Six glycosylated derivatives of methymycin/pikromycin containing D-digitoxose, D-quinovose, or N-demethyl D-amosamine were generated by S. venezuelae mutant strains. Formation of six compounds including novel macrolide D-digitoxosyl narbomycin represents the sugar substrate flexibility of the DesVII glycosyltransferase. These results demonstrate the successful generation of structurally diverse hybrid macrolides using S. venezuelae in vivo system and provide further insight into the substrate flexibility of DesVII glycosyltransferases.