Designer biosensors for directed evolution of macrolide biosynthetic enzymes

用于大环内酯生物合成酶定向进化的设计生物传感器

基本信息

项目摘要

PROJECT SUMMARY The complexity of polyketide biosynthetic machinery has hampered attempts to access macrolides and their analogs via combinatorial biosynthesis. As part of our long-term goal of reprogramming the biosynthesis of natural products for the synthesis of therapeutic leads, the overall objective here is to use genetically encoded biosensors to enhance access to novel macrolides. Our hypotheses are (1) the established inducer promiscuity of the MphR repressor protein can be manipulated to provide biosensors with new inducer specificities and selectivities, (2) the specificity of macrolide tailoring enzymes can be manipulated by biosensor-guided directed evolution, and (3) MphR can be used to identify hybrid assembly lines with improved activities. These hypotheses are supported by (1) preliminary data that shows MphR variants with new specificities, selectivities, and suitable detection capabilities can be generated, (2) the variety of macrolide tailoring enzymes available as starting points for directed evolution and the success of directed evolution for altering substrate specificity of other enzymes, and (3) preliminary data that demonstrates the feasibility of using trans-acting enzymes to complement polyketide assembly lines. The rationale for the proposed research is that our approach of leveraging designer biosensors offers the ability to report the activity of a variety of macrolide biosynthetic enzymes, which can be applied to solving a broad range of problems related to macrolide biosynthesis, leading to valuable new macrolides. To address these hypotheses, and to complete the overall objective of this proposal, the following specific aims will be completed: (1) access novel macrolide O-alkyl derivatives, and (2) rescue the activity of poorly active hybrid PKS assembly lines. Our approach is highly innovative because it develops a set of screening tools that are currently not available and that can be applied to engineering the biosynthesis of a broad range of macrolides in potentially any microbial host. The proposed research is significant because it is expected to have broad positive impact in natural product biosynthesis and synthetic biology by developing new strategies for producing macrolides, by expanding our understanding of biosensor specificity, by developing new approaches for macrolide diversification, and by expanding the capabilities of enzyme engineering and synthetic biology.
项目概要 聚酮化合物生物合成机制的复杂性阻碍了获取大环内酯类及其化合物的尝试 通过组合生物合成的类似物。作为我们重新编程生物合成的长期目标的一部分 用于合成治疗先导化合物的天然产物,这里的总体目标是使用基因编码 生物传感器可增强新型大环内酯类药物的获取。我们的假设是(1)已确定的诱导物混杂 可以操纵 MphR 阻遏蛋白来为生物传感器提供新的诱导物特异性 选择性,(2)大环内酯剪裁酶的特异性可以通过生物传感器引导的定向来操纵 (3) MphR 可用于识别具有改进活动的混合装配线。这些 假设得到 (1) 初步数据的支持,这些数据显示 MphR 变体具有新的特异性、选择性、 并且可以产生合适的检测能力,(2)各种大环内酯剪裁酶可用作 定向进化的起点以及定向进化改变底物特异性的成功 其他酶,以及(3)初步数据证明使用反式作用酶的可行性 补充聚酮化合物装配线。拟议研究的基本原理是我们的方法 利用设计的生物传感器能够报告各种大环内酯生物合成的活性 酶,可用于解决与大环内酯生物合成相关的广泛问题, 转化为有价值的新大环内酯类药物。为了解决这些假设,并完成本研究的总体目标 提案中,将完成以下具体目标:(1)获得新型大环内酯O-烷基衍生物,以及(2) 挽救活动不佳的混合 PKS 装配线的活动。我们的方法具有高度创新性,因为它 开发了一套目前尚不可用的筛选工具,可用于设计 在任何微生物宿主中生物合成多种大环内酯类药物。拟议的研究是 意义重大,因为预计它将对天然产物生物合成和合成产生广泛的积极影响 生物学通过开发生产大环内酯类的新策略,通过扩展我们对生物传感器的理解 特异性,通过开发大环内酯多样化的新方法,并通过扩大 酶工程和合成生物学。

项目成果

期刊论文数量(8)
专著数量(0)
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专利数量(0)
Transcription factor-based biosensors: a molecular-guided approach for natural product engineering.
  • DOI:
    10.1016/j.copbio.2021.01.008
  • 发表时间:
    2021-06
  • 期刊:
  • 影响因子:
    7.7
  • 作者:
    Mitchler MM;Garcia JM;Montero NE;Williams GJ
  • 通讯作者:
    Williams GJ
Synthetic biology, combinatorial biosynthesis, and chemo‑enzymatic synthesis of isoprenoids.
Targeted Enzyme Modifications Enable Regioselective Biosynthesis of Fluorinated Polyketides.
靶向酶修饰可实现氟化聚酮化合物的区域选择性生物合成。
  • DOI:
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  • 发表时间:
    2022
  • 期刊:
  • 影响因子:
    0
  • 作者:
    Welch,SydneyD;Cossin,Jared;Paulsel,ThaddeusQ;Williams,GavinJ
  • 通讯作者:
    Williams,GavinJ
Synthetic biology enabling access to designer polyketides.
  • DOI:
    10.1016/j.cbpa.2020.06.003
  • 发表时间:
    2020-10
  • 期刊:
  • 影响因子:
    7.8
  • 作者:
    Malico AA;Nichols L;Williams GJ
  • 通讯作者:
    Williams GJ
Development of Genetically Encoded Biosensors for Reporting the Methyltransferase-Dependent Biosynthesis of Semisynthetic Macrolide Antibiotics.
  • DOI:
    10.1021/acssynbio.1c00151
  • 发表时间:
    2021-10-15
  • 期刊:
  • 影响因子:
    4.7
  • 作者:
    Li Y;Reed M;Wright HT;Cropp TA;Williams GJ
  • 通讯作者:
    Williams GJ
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