基于功能宏基因组学策略的抗菌天然产物挖掘研究

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项目介绍
AI项目解读

基本信息

  • 批准号:
    31770049
  • 项目类别:
    面上项目
  • 资助金额:
    60.0万
  • 负责人:
  • 依托单位:
  • 学科分类:
    C0102.微生物生理与生化
  • 结题年份:
    2021
  • 批准年份:
    2017
  • 项目状态:
    已结题
  • 起止时间:
    2018-01-01 至2021-12-31

项目摘要

Natural products from microbe have been very important resources for antibiotic discovery. Antibiotics produced by microbe were generally obtained by fermentation of the native producer and the majority of microbe could not be cultured in laboratory, prohibiting the new natural products discovery. Function-based metagenomics, where environmental DNA (eDNA) derived biosynthetic gene clusters were expressed in the heterologus host and the antimicrobial active clones can be identified directly by functional screening, provides a culture-independed way and a new strategy for novel antimicrobial natural products discovery. We have constructed a 1.5 million-clones metagenomic library derived from Mount. E’Mei soil, and identified 5 antibacterial clones by functional screening of 200 thousands clones in Streptomyces host. A compound with rare iso-thiozole ring was isolated from the fermentation broth of a clone, and high biofilm inhibitory and cleavage activities were found from the fermentation broths of two other clones. In this project, we will focus on discovery and biosynthetic analysis of novel antimicrobial compounds, and our studies will set the stage for new antibiotic discovery.
微生物天然产物是抗生素发现的重要源头,但微生物来源的抗菌天然产物的发现切由于绝大多数微生物的不可培养性而受到极大限制。不依赖微生物培养的功能宏基因组学,通过环境微生物生物合成基因簇在异源宿主中的直接功能表达,获得新抗菌活性天然产物,突破了微生物的培养瓶颈,是极具潜力的新策略。利用功能宏基因组学策略,我们建立了含150万克隆的峨眉山土壤的功能宏基因组文库,通过在链霉菌宿主中初步功能筛选20万个克隆,获得了5个抗菌活性克隆。对其中1个阳性克隆发酵产物的分离纯化发现了新结构化合物和天然产物稀有的异噻唑结构,同时另外2个阳性克隆的发酵产物表现了很强的对金黄色葡萄球菌生物被膜的抑制生成和清除的活性。本课题我们将在此基础上,进一步发现新的抗菌活性化合物,同时研究特殊产物的合成机理,为抗菌药物开发提供依据。

结项摘要

环境中存在着大量的非培养微生物,它们是包括天然产物和酶等生物活性物质的重要生产者。功能宏基因组学技术,直接从环境中克隆并表达微生物中相关的生物合成基因,为这些活性物质的发现提供了新的途径。在本课题中,利用功能宏基因组学策略,我们克隆环境微生物基因组DNA构建宏基因组文库,在文库中筛选出生产生物活性物质的阳性克隆,并鉴定阳性克隆产物,为新物质的发现建立基础。通过课题的实施,我们成功构建了用于功能筛选的大型宏基因组文库,获得了多个阳性克隆。通过对阳性克隆的针对性研究,分离鉴定了一类异喹啉类化合物Mansouramycins和首个天然吡唑醌化合物Salumycin,并首次鉴定了喹啉类化合物Mansouramycins的生物合成基因簇。同时,对筛选获得的生物活性酶进行了表征和分子改造。通过课题的实施,确立了功能宏基因组学策略发现微生物天然产物和活性酶的方法。在课题的资助下,已发表SCI论文4篇,中文核心期刊论文5篇。

项目成果

期刊论文数量(9)
专著数量(0)
科研奖励数量(0)
会议论文数量(0)
专利数量(0)
Identification and characterization of a novel bifunctional cellulase/hemicellulase from a soil metagenomic library
土壤宏基因组文库中新型双功能纤维素酶/半纤维素酶的鉴定和表征
  • DOI:
    10.1007/s00253-020-10766-x
  • 发表时间:
    2020-07-15
  • 期刊:
    APPLIED MICROBIOLOGY AND BIOTECHNOLOGY
  • 影响因子:
    5
  • 作者:
    Chai, Shumao;Zhang, Xueliang;Feng, Zhiyang
  • 通讯作者:
    Feng, Zhiyang
红树林链霉菌ZFSM1-146中抗菌活性物质的发现
  • DOI:
    10.13344/j.microbiol.china.201203
  • 发表时间:
    2021
  • 期刊:
    微生物学通报
  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    向晨晨;周珊珊;柴树茂;曹明明;王立岩;冯治洋
  • 通讯作者:
    冯治洋
海洋链霉菌Streptomyces sp.MCCC 1A09830抗菌成分的分离与鉴定
  • DOI:
    10.13386/j.issn1002-0306.2020.09.017
  • 发表时间:
    2020
  • 期刊:
    食品工业科技
  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    刘象博;柴树茂;曹明明;张改云;冯治洋
  • 通讯作者:
    冯治洋
基于序列宏基因组学技术的芳香聚酮抗生素的发现
  • DOI:
    --
  • 发表时间:
    2019
  • 期刊:
    南京农业大学学报
  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    孟晓露;高凯;冯治洋
  • 通讯作者:
    冯治洋
Identification and heterologous expression of an isoquinolinequinone biosynthetic gene cluster from Streptomyces albus J1074
白色链霉菌 J1074 异喹啉醌生物合成基因簇的鉴定和异源表达
  • DOI:
    10.1016/j.bbrc.2020.12.093
  • 发表时间:
    2021
  • 期刊:
    Biochemical and Biophysical Research Communications
  • 影响因子:
    3.1
  • 作者:
    Chai Shumao;Cao Mingming;Feng Zhiyang
  • 通讯作者:
    Feng Zhiyang

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其他文献

基于序列筛选发掘宏基因组文库中的新颖卤化酶
  • DOI:
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  • 发表时间:
    2018
  • 期刊:
    应用与环境生物学报
  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    张冬寒;曹明明;李延清;王邵琛;郝鹏;冯治洋
  • 通讯作者:
    冯治洋
基于功能宏基因组学技术的金黄色葡萄球菌生物被膜
  • DOI:
    --
  • 发表时间:
    2017
  • 期刊:
    生物工程学报
  • 影响因子:
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  • 作者:
    朱莹;柴树茂;曹明明;王绍琛;冯治洋
  • 通讯作者:
    冯治洋
基于功能宏基因组学技术的金黄色葡萄球菌生物被膜抑制物的发现与活性分析
  • DOI:
    10.13345/j.cjb.170058
  • 发表时间:
    2017
  • 期刊:
    生物工程学报
  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    朱莹;柴树茂;曹明明;王绍琛;冯治洋
  • 通讯作者:
    冯治洋
土壤宏基因组文库来源酯酶的鉴定与表征
  • DOI:
    10.13344/j.microbiol.china.160695
  • 发表时间:
    2017
  • 期刊:
    微生物学通报
  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    李云娣;曹明明;顾昕琪;郑林格;龙伊迪;蔡栋梁;王绍琛;冯治洋
  • 通讯作者:
    冯治洋

其他文献

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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

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          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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