可抗超级细菌的抗生素——单酰胺菌素(Sulfazecin) 生物合成中羟基化修饰酶的催化机理阐释及其定向改造

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项目介绍
AI项目解读

基本信息

  • 批准号:
    31900033
  • 项目类别:
    青年科学基金项目
  • 资助金额:
    24.0万
  • 负责人:
  • 依托单位:
  • 学科分类:
    C0102.微生物生理与生化
  • 结题年份:
    2022
  • 批准年份:
    2019
  • 项目状态:
    已结题
  • 起止时间:
    2020-01-01 至2022-12-31

项目摘要

The downside of extensive use of antibiotics is the frustrating emergence of renewing drug-resistance, which leads to the rise of superbugs. As one of monobactam antiobitics, sulfazecin remains the few of antibiotics still active against those pathogens. Due to its monocyclic β-lactams structure, sulfazecin is not affected by the drug-resistance genes of superbugs. It is important and helpful to constitute the biosynthesis pathway of sulfazecin for the novel antibiotics design. The hydroxylation modification on the monocyclic β-lactams is required to complete the biosynthesis of sulfazecin. Otherwise, the monocyclic β-lactams intermediates would be hydrolyzed, resulting in the interruption of sulfazecin production. It is proposed that SulO, a non-heme mononuclear iron enzyme, catalyzes the hydroxylation of the monocyclic β-lactams intermediate. However, the problems such as auto-oxidation and low turnover numbers normally exist in such non-heme mononuclear iron enzyme family, which may make SulO a rate-limiting step in the biosynthesis production of sulfazecin. In this proposal, we will explore the catalytic mechanism of SulO reaction, characterize the crystal structure of SulO and also visualize the important residues affecting its activity. Based on the above, we could conduct the directed evolution of SulO to improve its activity and stability, aiming to resolving the rate limiting step issues. This research will pave the way for the biosynthesis production of sulfezecin and its analogues in future.
抗生素的滥用使病菌产生耐药性,导致超级细菌的出现。单酰胺菌素sulfazecin因其特殊的单环结构,不受超级细菌耐药基因的影响,是少数可抵抗超级细菌的抗生素之一。发展单酰胺菌素sulfazecin的生物合成方法将推进可抵抗超级细菌新型抗生素的研发。Sulfazecin生物合成的完成需要在最后两步对单环中间产物进行羟基化修饰。未经修饰的单环中间产物会被合成通路中其他酶元件水解,从而导致sulfazecin生物合成的中断。催化单环中间产物羟基化修饰的酶是所属非血红素单铁酶家族的SulO酶,但这类酶普遍存在自氧化失活、催化循环少的问题,使之成为sulfazecin生物合成途径的限速步骤之一。本研究拟针对sulfazecin生物合成通路中的限速步问题,通过阐明SulO酶催化机理和解析蛋白三维结构,定向改造SulO酶以提升其稳定性和催化活性,解决sulfazencin生物合成中限速步的瓶颈问题。

结项摘要

抗生素的耐药性使现今常用抗生素对超级细菌等耐药菌失效,已经成为迫切需要解决的问题。我们从寻求新型抗生素角度出发,以一种可抗超级细菌抗生素——单酰胺菌素sulfazecin为切入点,通过研究sulfazecin核心四元环结构的生物合成机制,进一步理解新型抗生素的构效关系,发展类似sulfazecin具有较好抗菌抗炎效果的新型抗生素。本项目发展了SulO酶底物及其类似物的有机合成方法,构建了一组SulO酶底物类似物化合物组合。同时针对单酰胺菌素sulfazecin结构中磺酸化修饰,在体外尝试构建sulfazecin的磺酸化引入模块,为发展sulfazecin的类似物结构提供磺酸化生物催化体系。我们进一步针对SulO酶催化机制研究,探究了其可能影响SulO酶催化性质的重要残基,在同源建模的指导下并通过定点突变确认了活性空腔内可参与SulO酶催化的两个络氨酸残基位点,为研究调控SulO酶催化活性并寻求提升SulO酶活性的改造方法提供了新的残基改造靶点和新策略。此外,我们还拓展单酰胺菌素核心结构四元环修饰策略,引入多种不同的修饰基团提升单酰胺菌素四元环结构的抗菌活性,使新型单酰胺菌素四元环结构修饰后具备了广谱的光动力协同抗菌能力,对应用单酰胺菌素核心结构四元环的修饰策略来发展新型和高效可抗超级细菌的单酰胺菌素类抗生素有重要意义。

项目成果

期刊论文数量(6)
专著数量(0)
科研奖励数量(0)
会议论文数量(0)
专利数量(0)
Protein Binding Nanoparticles as an Integrated Platform for Cancer Diagnosis and Treatment.
蛋白质结合纳米颗粒作为癌症诊断和治疗的综合平台
  • DOI:
    10.1002/advs.202202453
  • 发表时间:
    2022-10
  • 期刊:
    ADVANCED SCIENCE
  • 影响因子:
    15.1
  • 作者:
    Wang, Xuemei;Li, Shengbo;Wang, Siqi;Zheng, Shuo;Chen, Zhenbing;Song, Heng
  • 通讯作者:
    Song, Heng
Kinetic Solvent Isotope Effect in P450-Mediated Cyclization in Indolactams: Evidence for Branched Reactions and Guide for Their Modulation in Heterocycle Chemoenzymatic Synthesis
P450 介导的吲哚内酰胺环化中的动力学溶剂同位素效应:支链反应的证据及其在杂环化学酶合成中的调节指南
  • DOI:
    10.1021/acscatal.2c02556
  • 发表时间:
    2022-07
  • 期刊:
    ACS Catalysis
  • 影响因子:
    12.9
  • 作者:
    Yan Long;Shuo Zheng;Yuxin Feng;Zixuan Yang;Xinlei Xu;Heng Song
  • 通讯作者:
    Heng Song
Hydrogel–Metal–Organic-Framework Nanoparticle Composites for Immobilization of Active Biomacromolecules
用于固定活性生物大分子的水凝胶-金属-有机骨架纳米粒子复合材料
  • DOI:
    10.1021/acsanm.1c03904
  • 发表时间:
    2022-02
  • 期刊:
    ACS Applied Nano Materials
  • 影响因子:
    5.9
  • 作者:
    Wenyan Wang;Shuo Zheng;Yinhui Hong;Xinlei Xu;Xiang Feng;Heng Song
  • 通讯作者:
    Heng Song
Fluorescent dyes with multiple quaternary ammonium centers for specific image discrimination and gram-positive antibacterial activity
具有多个季铵中心的荧光染料,用于特定图像辨别和革兰氏阳性抗菌活性
  • DOI:
    10.1039/d2ob00399f
  • 发表时间:
    2022
  • 期刊:
    The Royal Society of Chemistry
  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    Siqi Wang;Zisong Cong;Zhiqin Xu;Shurong Ban;Heng Song
  • 通讯作者:
    Heng Song
Enzymatic deamination of the epigenetic nucleoside N6-methyladenosine regulates gene expression.
表观遗传核苷 N-6-甲基腺苷的酶促脱氨基作用调节基因表达
  • DOI:
    10.1093/nar/gkab1124
  • 发表时间:
    2021-12-02
  • 期刊:
    Nucleic acids research
  • 影响因子:
    14.9
  • 作者:
    Jiang Z;Wang C;Wu Z;Chen K;Yang W;Deng H;Song H;Zhou X
  • 通讯作者:
    Zhou X

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自锚定β-内酰胺酶荧光探针
  • DOI:
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  • 发表时间:
    2018
  • 期刊:
    中南民族大学学报(自然科学版)
  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    谢贺新;李仔义;宋恒
  • 通讯作者:
    宋恒

其他文献

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吲哚内酰胺型P450环化酶催化机制系统性研究及其在吲哚内酰胺类药物生物合成中的应用
  • 批准号:
    32370045
  • 批准年份:
    2023
  • 资助金额:
    50 万元
  • 项目类别:
    面上项目

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课题项目:调控A型流感病毒诱导IFN-β表达的机制研究

AI项目摘要:

本研究聚焦于TRIM2蛋白在A型流感病毒诱导的IFN-β表达中的调控机制。A型流感病毒是全球性健康问题,其感染可导致严重的呼吸道疾病。IFN-β作为关键的抗病毒因子,其表达水平对抗病毒防御至关重要。然而,TRIM2如何调控IFN-β的表达尚未明确。本研究假设TRIM2通过与病毒RNA或宿主因子相互作用,影响IFN-β的产生。我们将采用分子生物学、细胞生物学和免疫学方法,探索TRIM2与A型流感病毒诱导IFN-β表达的关系。预期结果将揭示TRIM2在抗病毒免疫反应中的作用,为开发新的抗病毒策略提供理论基础。该研究对理解宿主抗病毒机制具有重要科学意义,并可能对临床治疗流感病毒感染提供新的视角。

AI项目思路:

科学问题:TRIM2如何调控A型流感病毒诱导的IFN-β表达?
前期研究:已有研究表明TRIM2参与抗病毒反应,但其具体机制尚不明确。
研究创新点:本研究将深入探讨TRIM2在IFN-β表达中的直接作用机制。
技术路线:包括病毒学、分子生物学、细胞培养和免疫检测技术。
关键技术:TRIM2与病毒RNA的相互作用分析,IFN-β启动子活性检测。
实验模型:使用A型流感病毒感染的细胞模型进行研究。

AI技术路线图

        graph TD
          A[研究起始] --> B[文献回顾与假设提出]
          B --> C[实验设计与方法学准备]
          C --> D[A型流感病毒感染模型建立]
          D --> E[TRIM2与病毒RNA相互作用分析]
          E --> F[TRIM2对IFN-β启动子活性的影响]
          F --> G[IFN-β表达水平测定]
          G --> H[TRIM2功能丧失与获得研究]
          H --> I[数据收集与分析]
          I --> J[结果解释与科学验证]
          J --> K[研究结论与未来方向]
          K --> L[研究结束]
      
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