基于代谢组学挖掘黄色粘球菌亲缘识别过程中诱导的次生代谢产物

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项目介绍
AI项目解读

基本信息

  • 批准号:
    31900042
  • 项目类别:
    青年科学基金项目
  • 资助金额:
    26.0万
  • 负责人:
  • 依托单位:
  • 学科分类:
    C0103.微生物组学与代谢
  • 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

Myxobacteria are a fertile source of novel natural products discovery. Genome sequencing shows numerous gene clusters specifying secondary metabolites remain unexpressed under laboratory conditions. The bottlenecks in the myxobacterial natural products research are to efficiently activate the silent gene clusters, and to straightforward identify the secondary metabolites of interest. The myxobacterial “kin-discrimination” refers to that cells from the same species distinguish between close genetic kin and non-kin. During the investigation of the kin-discrimination of the model myxobacterium Myxococcus xanthus DK1622, we obtained an immune protein-null strain ΔMXAN_0049 that forms a colony-merger-incompatible boundary with the wild type strain DK1622. The following proteomics study confirmed that a number of silent gene clusters are activated within the DK1622-ΔMXAN_0049 boundary. In this study, we propose to use metabolomics tool to facilitate the identification of the elicited compounds in the boundary, followed by antibacterial test, cytotoxicity assay, and effect on the growth of M. xanthus by the isolated compounds, which will provide new insights into understanding the myxobacterial “kin-discrimination” from the perspective of small molecules. To the best of our knowledge, the methodology of “activating silent biosynthetic gene clusters by kin-discrimination” are hitherto unreported in the field of microbial natural products, which is expected to have profound impact on mining the biosynthetic potential of the largest collection of myxobacteria in China.
现代基因组测序表明粘细菌产新颖化合物的潜能巨大,而目前研究的主要难点是如何激活沉默基因簇和快速靶向鉴定代谢产物。粘细菌的“亲缘识别”是指同类细胞的社会性合作和非同类细胞的竞争抑制。前期对模式黄色粘球菌的亲缘识别现象的研究,发现野生株DK1622与其免疫蛋白突变株ΔMXAN_0049在共培养时可产生菌落融合不兼容的分界线。随后蛋白质组学工作表明交界线处有沉默基因簇被激活,但诱导的具体化学成分及生物学功能尚不清楚。本项目:(1)拟采用代谢组学方法快速鉴定在DK1622-ΔMXAN_0049菌落界线中诱导的化合物;(2)测试所诱导化合物的抗菌、细胞毒活性、及对黄色粘球菌自身的影响;从而以小分子代谢水平的视角加深理解黄色粘球菌“亲缘识别”这一生物学现象。本项目利用“亲缘识别诱导沉默基因簇表达”在微生物天然产物研究领域未见有报导,对今后深入挖掘我国最大的粘细菌资源库的新药潜力具有重要意义。

结项摘要

黏细菌是活性先导化合物的重要来源。本项目通过整合基因组学和代谢组学,高效挖掘大型黏细菌资源库中的新药潜力。具体来讲,利用多种手段,包括亲缘识别、更换培养基、强启动子置换等诱导黏细菌中沉默基因簇的表达,之后利用代谢组学工具靶向分离鉴定所诱导的新化合物,从而加速发现了以美沙达唑、原囊菌酯、原囊菌素等为代表的10余个新骨架化合物。美沙达唑在斑马鱼模型中具有良好的心血管系统活性,原囊菌酯具有很好的抗病毒活性。我们解析了部分新化合物的生物合成途径和关键酶学机制,其中,美沙达唑为首例由维生素B12代谢途径与PKS/NRPS装配线杂化发生成的天然产物,革新了人们对微生物生物合成的认知,为通过合成生物学手段“智造”化学多样性打开一扇新的大门。此外,我们构建了全球范围内第一个开源的黏细菌天然产物数据MyxoDB(https://www.myxonpdb.sdu.edu.cn),对提升代谢组学挖掘黏细菌天然产物“暗物质”的效率,具有十分重要的意义。

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(5)
Docking-guided rational engineering of a macrolide glycosyltransferase glycodiversifies epothilone B.
对接引导的大环内酯糖基转移酶合理工程使埃坡霉素 B 糖多样化
  • DOI:
    10.1038/s42003-022-03047-y
  • 发表时间:
    2022-01-27
  • 期刊:
    Communications biology
  • 影响因子:
    5.9
  • 作者:
    Zhang P;Zhang L;Jiang X;Diao XT;Li S;Li DD;Zhang Z;Fang J;Tang YJ;Wu DL;Wu C;Li YZ
  • 通讯作者:
    Li YZ
Combining NMR-Based Metabolic Profiling and Genome Mining for the Accelerated Discovery of Archangiumide, an Allenic Macrolide from the Myxobacterium Archangium violaceum SDU8
结合基于 NMR 的代谢分析和基因组挖掘,加速发现 Archangiumide,一种来自紫色粘杆菌 Archangium v​​iolaceum SDU8 的六烯大环内酯
  • DOI:
    --
  • 发表时间:
    2021
  • 期刊:
    Organic Letters
  • 影响因子:
    5.2
  • 作者:
    Jia-Qi Hu;Jing-Jing Wang;Yue-Lan Li;Li Zhuo;Ai Zhang;Hai-Yan Sui;Xiao-Ju Li;Tao Shen;Yizhen Yin;Zhi-Hong Wu;Wei Hu;Yue-Zhong Li;Changsheng Wu
  • 通讯作者:
    Changsheng Wu
Characterization of Constitutive Promoters for the Elicitation of Secondary Metabolites in Myxobacteria
粘细菌次级代谢产物诱导组成型启动子的表征
  • DOI:
    10.1021/acssynbio.1c00444
  • 发表时间:
    2021-11-19
  • 期刊:
    ACS SYNTHETIC BIOLOGY
  • 影响因子:
    4.7
  • 作者:
    Hu,Wei-Feng;Niu,Luo;Wu,Changsheng
  • 通讯作者:
    Wu,Changsheng
Metagenomic sequencing-driven multidisciplinary approaches to shed light on the untapped microbial natural products
宏基因组测序驱动的多学科方法揭示了未开发的微生物天然产物
  • DOI:
    --
  • 发表时间:
    2022
  • 期刊:
    Drug Discovery Today
  • 影响因子:
    7.4
  • 作者:
    Changsheng Wu;Yizhen Yin;Lele Zhu;Youming Zhang;Yue-zhong Li
  • 通讯作者:
    Yue-zhong Li
Glycosyltransferase GT1 family: Phylogenetic distribution, substrates coverage, and representative structural features
糖基转移酶 GT1 家族:系统发育分布、底物覆盖率和代表性结构特征
  • DOI:
    10.1016/j.csbj.2020.06.003
  • 发表时间:
    2020-01-01
  • 期刊:
    COMPUTATIONAL AND STRUCTURAL BIOTECHNOLOGY JOURNAL
  • 影响因子:
    6
  • 作者:
    Zhang, Peng;Zhang, Zheng;Wu, Changsheng
  • 通讯作者:
    Wu, Changsheng

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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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