معلومة

هل بعض إنزيمات البوليكيتيدات؟

هل بعض إنزيمات البوليكيتيدات؟


We are searching data for your request:

Forums and discussions:
Manuals and reference books:
Data from registers:
Wait the end of the search in all databases.
Upon completion, a link will appear to access the found materials.

أقرأ حاليًا "كتابًا" (بدلاً من مقال) بعنوان "نمذجة البروتين والتوصيل الجزيئي: Modeller ، Autodock".

يبدأ الملخص بالجملة التالية:

البوليكيتيدات هي عائلة كبيرة من الإنزيمات المعقدة التي يتم تصنيعها بواسطة مركبات البوليكيتايد.

قبل قراءة هذا المقال ، لم أكن أعرف شيئًا عن البوليكيتيدات. لقد بحثت عنها على الإنترنت ، ورأيت أنها كانت نواتج أيضية ثانوية ، والتي تضاف إلى بقية المقال. ومع ذلك ، لم أجد أي ذكر لبعض البوليكيتيدات باعتبارها إنزيمات ، ومن ثم سؤالي:

هل بعض إنزيمات البوليكيتيدات أم أن هذا خطأ بسيط في المقالة؟


انت على حق. مركبات البوليكيتايد (PKS) هي الإنزيمات التي تصنع البوليكيتيدات. مشتق PKS من تركيبات الأحماض الدهنية عبر التطور. تعتبر مادة البوليكيتيدات ذات أهمية كبيرة لأن العديد منها لها استخدامات طبية مهمة.


يمكن تصنيف PKSs إلى ثلاث مجموعات بالتقسيمات الفرعية التالية:

  • مركبات البوليكيتيد من النوع الأول عبارة عن بروتينات معيارية كبيرة الحجم.
    • تقوم PKSs من النوع التكراري بإعادة استخدام المجالات بطريقة دورية.
      • NR-PKSs - PKSs غير المختزلة ، ومنتجاتها بوليكيتيدات حقيقية
      • PR-PKSs - تقليل PKSs جزئيًا
      • FR-PKSs - تقليل PKSs بالكامل ، ومنتجاتها عبارة عن مشتقات الأحماض الدهنية

      تتكون كل وحدة من النوع الأول من بولي كيتيد سينثيز من عدة مجالات ذات وظائف محددة ، مفصولة بمناطق المباعدة القصيرة. يكون ترتيب الوحدات والنطاقات الخاصة بمركب بولي كيتيد سينثيز الكامل على النحو التالي (بالترتيب من N-terminus إلى C-terminus):

      • ابتداء أو جار التحميل الوحدة النمطية: AT-ACP-
      • استطالة أو تمتد الوحدات النمطية: -KS-AT- [DH-ER-KR] -ACP-
      • نهاية أو الافراج المجال: -TE
      • AT: أسيل ترانسفيراز
      • ACP: بروتين حامل الأسيل مع مجموعة SH على العامل المساعد ، وهو مركب سيرين 4'-phosphopantetheine
      • كانساس: Keto-synthase مع مجموعة SH على سلسلة جانبية سيستين
      • KR: كيتوردوكتاز
      • DH: ديهيدراتاز
      • ER: إنويلريدوكتاز
      • MT: ميثيل ترانسفيراز O- أو C- (α أو β)
      • SH: لياز السيستين المعتمد على PLP
      • TE: Thioesterase

      ترتبط سلسلة البوليكيتيد ومجموعات البادئ بمجموعتها الوظيفية الكربوكسية بمجموعات SH من ACP ومجال KS من خلال ارتباط thioester: RC (= O) OH + HS-protein & lt = & gt RC (= O) S- بروتين + H2س.

      تتشابه المجالات الحاملة لـ ACP مع المجالات الحاملة لـ PCP لتركيبات الببتيد غير الصبغي ، وبعض البروتينات تجمع بين كلا النوعين من الوحدات.

      يتم تسليم سلسلة النمو من مجموعة ثيول إلى أخرى عن طريق التوسعات العابرة ويتم إطلاقها في النهاية عن طريق التحلل المائي أو عن طريق التدوير (تحلل الكحول أو التحلل الأمين).

      • يتم تحميل مجموعة البداية ، عادةً acetyl-CoA أو نظائرها ، على مجال ACP الخاص بوحدة البداية المحفزة بواسطة مجال AT الخاص بوحدة البادئ.
      • يتم تسليم سلسلة polyketide من مجال ACP للوحدة السابقة إلى مجال KS للوحدة الحالية ، محفزًا بواسطة مجال KS.
      • يتم تحميل مجموعة الاستطالة ، عادةً malonyl-CoA أو methylmalonyl-CoA ، على مجال ACP الحالي المحفز بواسطة مجال AT الحالي.
      • تتفاعل مجموعة الاستطالة المرتبطة بـ ACP في تكثيف Claisen مع سلسلة polyketide المرتبطة بـ KS تحت CO2 التطور ، وترك مجال KS مجاني وسلسلة بولي كيتيد مطولة مرتبطة بـ ACP. رد الفعل يحدث في كانساسن-نهاية السلسلة ، بحيث تتحرك السلسلة خارج موضع واحد وتصبح مجموعة الاستطالة المجموعة المرتبطة الجديدة.
      • اختياريًا ، يمكن تغيير جزء سلسلة polyketide تدريجيًا بواسطة مجالات إضافية. يقلل مجال KR (keto-reductase) من مجموعة β-keto إلى مجموعة β-hydroxy ، وينقسم مجال DH (dehydratase) عن H2O ، مما أدى إلى وجود ألكين غير مشبع α-، ويقلل مجال ER (اختزال enoyl) الرابطة المزدوجة α-β إلى رابطة أحادية. من المهم ملاحظة أن مجالات التعديل هذه تؤثر فعليًا على الإضافة السابقة للسلسلة (أي المجموعة المضافة في الوحدة السابقة) ، وليس المكون المعين إلى مجال ACP للوحدة النمطية التي تحتوي على مجال التعديل.
      • تتكرر هذه الدورة لكل وحدة استطالة.

      تعد مركبات البوليكيتيد مصدرًا مهمًا للجزيئات الصغيرة التي تحدث بشكل طبيعي والمستخدمة في العلاج الكيميائي. [3] على سبيل المثال ، يتم إنتاج العديد من المضادات الحيوية الشائعة الاستخدام ، مثل التتراسيكلين والماكروليدات ، بواسطة مركبات البوليكيتيد. البوليكيتيدات الأخرى المهمة صناعيًا هي سيروليموس (مثبط للمناعة) ، وإريثروميسين (مضاد حيوي) ، ولوفاستاتين (دواء مضاد للكوليسترول) ، وإيبوثيلون ب (دواء مضاد للسرطان). [4]

      حوالي 1 ٪ فقط من جميع الجزيئات المعروفة هي منتجات طبيعية ، ومع ذلك فقد تم الاعتراف بأن ما يقرب من ثلثي جميع الأدوية المستخدمة حاليًا مستمدة جزئيًا على الأقل من مصدر طبيعي. [5] يتم تفسير هذا التحيز بشكل عام بالحجة القائلة بأن المنتجات الطبيعية قد تطورت بشكل مشترك في البيئة لفترات طويلة ، وبالتالي تم اختيارها مسبقًا للهياكل النشطة. تشتمل منتجات Polyketide synthase على الدهون ذات المضادات الحيوية ، ومضادات الفطريات ، ومضاد الأورام ، وخصائص الدفاع عن المفترس ، ومع ذلك ، فإن العديد من مسارات بوليكيتيد سينثيز التي تستخدمها البكتيريا والفطريات والنباتات بشكل شائع لم يتم تحديدها بعد. [6] [7] لذلك تم تطوير طرق للكشف عن مسارات سينثاس البوليكيتيد الجديدة في البيئة. تدعم الأدلة الجزيئية فكرة أن العديد من مركبات البوليكيتيدات الجديدة لا يزال يتعين اكتشافها من مصادر بكتيرية. [8] [9]


      التمثيل الغذائي الأولي للفطريات المُمْرِضة للإنسان ، وأهميتها في الفوعة وإمكانية تطوير الأدوية

      جينيفر سكوت ، خورخي أميش ، في الوحدة المرجعية في العلوم الطبية الحيوية ، 2021

      بوليكيتيدات

      البوليكيتيدات هو نوع نادر من الدهون ، يشار إليه عادة بالمستقلبات الثانوية ، التي لها كيمياء حيوية اصطناعية تشبه إلى حد كبير الأحماض الدهنية (Smith and Tsai، 2007 Chiang et al.، 2010). هذه المجموعة المتنوعة من المركبات لها أهمية كبيرة في ضراوة مسببات الأمراض الفطرية. خصوصا، فطر الرشاشيات الأنواع يمكن أن تنتج العديد من البوليكيتيدات ، عن طريق عمل إنزيمات سينسيز بوليكيتيد من النوع الأول ، ذات الصلة العالية بصحة الإنسان (Bhetariya et al. ، 2011). على سبيل المثال، أ. فلافوس و A. طفيلي إنتاج الأفلاتوكسين ، عن طريق مسار بولي كيتيد يتكون من 27 تفاعلًا على الأقل ، وهو مادة سامة تلوث الطعام وتتسبب في تسمم الكبد ، والتسبب في المسخ ، والسمية المناعية (كاسيريس وآخرون ، 2020 كومار وآخرون ، 2017). بالإضافة إلى، A. fumigatus ينتج (من بين ما يقرب من 8 بوليكيتيدات) DHN-melanin ، الذي يغطي الجراثيم والمعروف أنه عامل ضراوة فطري مهم جدًا (Bignell et al. ، 2016 Heinekamp et al. ، 2013 Akoumianaki et al. ، 2016).


      هل بعض إنزيمات البوليكيتيدات؟ - مادة الاحياء

      البوليكيتيدات هي فئة من المنتجات الطبيعية المعزولة من الميكروبات والنباتات واللافقاريات والتي تضم عددًا هائلاً من الأدوية الفعالة سريريًا ذات الأنشطة المتنوعة. على سبيل المثال لا الحصر: الإريثروميسين (مضاد حيوي) ، رابامايسين (مثبط للمناعة) ، أمفوتريسين (مضاد للفطريات) ، أفيرمكتين (مضاد للطفيليات) ، ودوكسوروبيسين (مضاد للسرطان). كما تفعل المنتجات الطبيعية الأخرى ، قد تلعب polyketides أدوارًا متباينة في الكائنات الحية المنتجة ، من الأسلحة الدفاعية (تثبيط نمو المنافسين ، أو العمل ضد الحيوانات المفترسة) إلى جزيئات الإشارة (تعمل كمراسلين بين الكائنات الاجتماعية). في مرض السل المتفطرة ، تعتبر بعض البوليكيتيدات وسيطة رئيسية في تخليق الدهون المعقدة. هذه الدهون هي مكونات مهمة في غلاف الخلية السميكة بشكل غير عادي ، وتساعد الميكروب على أن يكون ممرضًا ناجحًا. لذلك ، قد تؤدي دراسة تخليق البوليكيتيد في هذه البكتيريا إلى تصميم مثبطات معينة كأدوية جديدة مضادة للبكتيريا الفطرية.

      يتم إنتاج البوليكيتيدات من خلال التكثيف التدريجي لسلائف حمض الكربوكسيل البسيطة ، التي تشبه التخليق الحيوي للأحماض الدهنية. يتم تنفيذ هذه المهمة عن طريق الإنزيمات المعروفة باسم مركبات البوليكيتيد (PKSs). هناك عدة أنواع من PKSs ، من البروتينات البسيطة نسبيًا إلى المجمعات الكبيرة متعددة الإنزيمية التي تمتلك عشرات المواقع التحفيزية. يستخدمون أي من آليتين عامتين: (1) معياري & # 8212 حيث يتم استخدام كل مجموعة من المواقع التحفيزية مرة واحدة فقط أثناء عملية التخليق الحيوي ، و (2) تكرارية & # 8212 حيث يتم استخدام نفس مجموعة المواقع النشطة بشكل متكرر . في هذا الأسبوع في PLoS Biology ، قدم Rajesh Gokhale وزملاؤه أبحاثهم التي تنطوي على PKS غريب من M. tuberculosis. يتم ترميز بروتين PKS12 بواسطة أكبر جين في جينوم الميكروب ، ويشارك في تخليق فوسفوجليكوليبيد مستضد. ومن اللافت للنظر أن هذا PKS يبدو أنه يستخدم آلية هجينة جديدة "تكرارية معيارية" لتخليق البوليكيتيد. تتحد العديد من جزيئات بروتين PKS12 معًا لتشكيل مجموعة جزيئية فائقة تؤدي دورات متكررة من التكرارات. يتكون تجميع البروتين من تفاعلات جزيئية محددة بين روابط N- و C. تقدم هذه الدراسة مثالاً آخر على التنوع التحفيزي والآلي لـ PKSs & # 8212 التخليق الحيوي للمنتج الطبيعي هو مصدر لا ينضب للكيمياء الحيوية الجديدة!

      الاقتباس (الوصول المفتوح):
      Chopra T ، Banerjee S ، Gupta S ، Yadav G ، Anand S ، Surolia A ، Roy RP ، Mohanty D ، Gokhale RS (2008). آلية تكرارية جديدة بين الجزيئات للتخليق الحيوي للمايكوكيتيد المحفز بواسطة سينسيز بولي كيتيد ثنائي النسق. بلوس بيولوجي 6 (7) ، e163. DOI: 10.1371 / journal.pbio.0060163

      صورة: نموذج لبروتين PKS12 ، معدّل من الشكل 5 في المقالة المذكورة.

        . بلوس بيولوجي (2004) 2 (2): e35. (فيديو حديث ممتاز لشيطان خوصلة ، مايو 2007). iBioSeminars ، الجمعية الأمريكية لبيولوجيا الخلية. الجزء الأول من الحديث (Polyketides و Polyketide Biosynthesis) متاح أيضًا على Google Video ، وهو مضمن أدناه.

      البوليكيتيدات هي فئة من المنتجات الطبيعية المعزولة من الميكروبات والنباتات واللافقاريات والتي تضم عددًا هائلاً من الأدوية الفعالة سريريًا ذات الأنشطة المتنوعة. على سبيل المثال لا الحصر: الإريثروميسين (مضاد حيوي) ، رابامايسين (مثبط للمناعة) ، أمفوتريسين (مضاد للفطريات) ، أفيرمكتين (مضاد للطفيليات) ، ودوكسوروبيسين (مضاد للسرطان). كما تفعل المنتجات الطبيعية الأخرى ، قد تلعب polyketides أدوارًا متباينة في الكائنات الحية المنتجة ، من الأسلحة الدفاعية (تثبيط نمو المنافسين ، أو العمل ضد الحيوانات المفترسة) إلى جزيئات الإشارة (تعمل كمراسلين بين الكائنات الاجتماعية). في مرض السل المتفطرة ، تعتبر بعض البوليكيتيدات وسيطة رئيسية في تخليق الدهون المعقدة. هذه الدهون هي مكونات مهمة في غلاف الخلية السميكة بشكل غير عادي ، وتساعد الميكروب على أن يكون ممرضًا ناجحًا. لذلك ، قد تؤدي دراسة تخليق البوليكيتيد في هذه البكتيريا إلى تصميم مثبطات معينة كأدوية جديدة مضادة للبكتيريا الفطرية.

      يتم إنتاج البوليكيتيدات من خلال التكثيف التدريجي لسلائف حمض الكربوكسيل البسيطة ، التي تشبه التخليق الحيوي للأحماض الدهنية. يتم تنفيذ هذه المهمة عن طريق الإنزيمات المعروفة باسم مركبات البوليكيتيد (PKSs). هناك عدة أنواع من PKSs ، من البروتينات البسيطة نسبيًا إلى المجمعات الكبيرة متعددة الإنزيمية التي تمتلك عشرات المواقع التحفيزية. يستخدمون أي من آليتين عامتين: (1) معياري & # 8212 حيث يتم استخدام كل مجموعة من المواقع التحفيزية مرة واحدة فقط أثناء عملية التخليق الحيوي ، و (2) تكرارية & # 8212 حيث يتم استخدام نفس مجموعة المواقع النشطة بشكل متكرر . في هذا الأسبوع في PLoS Biology ، قدم Rajesh Gokhale وزملاؤه أبحاثهم التي تنطوي على PKS غريب من M. tuberculosis. يتم ترميز بروتين PKS12 بواسطة أكبر جين في جينوم الميكروب ، ويشارك في تخليق فوسفوجليكوليبيد مستضد. ومن اللافت للنظر أن هذا PKS يبدو أنه يستخدم آلية هجينة جديدة "تكرارية معيارية" لتخليق البوليكيتيد. تتحد العديد من جزيئات بروتين PKS12 معًا لتشكيل مجموعة جزيئية فائقة تؤدي دورات متكررة من التكرارات. يتكون تجميع البروتين من تفاعلات جزيئية محددة بين روابط N- و C. تقدم هذه الدراسة مثالاً آخر على التنوع التحفيزي والآلي لـ PKSs & # 8212 التخليق الحيوي للمنتج الطبيعي هو مصدر لا ينضب للكيمياء الحيوية الجديدة!

      الاقتباس (الوصول المفتوح):
      Chopra T ، Banerjee S ، Gupta S ، Yadav G ، Anand S ، Surolia A ، Roy RP ، Mohanty D ، Gokhale RS (2008). آلية تكرارية جديدة بين الجزيئات للتخليق الحيوي للمايكوكيتيد المحفز بواسطة سينسيز بولي كيتيد ثنائي النسق. بلوس بيولوجي 6 (7) ، e163. DOI: 10.1371 / journal.pbio.0060163

      صورة: نموذج لبروتين PKS12 ، معدّل من الشكل 5 في المقالة المذكورة.

        . بلوس بيولوجي (2004) 2 (2): e35. (فيديو حديث ممتاز لشيطان خوصلة ، مايو 2007). iBioSeminars ، الجمعية الأمريكية لبيولوجيا الخلية. الجزء الأول من الحديث (Polyketides و Polyketide Biosynthesis) متاح أيضًا على Google Video ، وهو مضمن أدناه.


      ما لم يُذكر خلاف ذلك ، فإن منشورات المدونة من قبل Cesar Sanchez في Twisted Bacteria مرخصة بموجب ترخيص Creative Commons Attribution 3.0 Unported License. يرجى إعلامي إذا تم إضافة أي اقتباسات أو صور على هذه المدونة بشكل غير صحيح. البريد الإلكتروني: TwistedBacteria AT gmail DOT com. أيقونات الوسائط الاجتماعية من قبل Oliver Twardowski و AddThis.


      التمثيل الغذائي للدهون

      عدد قليل جدًا من الكائنات الحية ينتج مثل هذه المجموعة المتنوعة من الجزيئات المحبة للدهون مثل مرض السل. تتراوح هذه الجزيئات من الأحماض الدهنية البسيطة مثل البالميتات و tuberculostearate ، من خلال isoprenoids ، إلى الجزيئات طويلة السلسلة للغاية ، شديدة التعقيد مثل الأحماض الفطرية وكحولات الفينول فثيوسيرول التي تتأصل مع حمض الميكوسيروسيك لتشكيل سقالة لربط مبيدات الفطريات. تحتوي الفطريات الفطرية على أمثلة لكل نظام تخليق حيوي للدهون والبوليكيتيد ، بما في ذلك الإنزيمات الموجودة عادة في الثدييات والنباتات وكذلك الأنظمة البكتيرية الشائعة. طغت على قدرة التخليق الحيوي من خلال الإشعاع الأكثر بروزًا لأنظمة أكسدة الأحماض الدهنية المتحللة ، وفي المجموع ، هناك ∼ 250 إنزيمًا متميزًا يشارك في استقلاب الأحماض الدهنية في مرض السل مقارنة بـ 50 بوصة فقط بكتريا قولونية 20 .

      تحلل الأحماض الدهنية. في الجسم الحي- تم اقتراح أن تكون الفطريات الفطرية محللة للدهون إلى حد كبير ، وليست شحمية ، وذلك بسبب تنوع وكمية الدهون المتاحة داخل خلايا الثدييات والحديبة 2 (الشكل 4 أ). تدعم وفرة مكونات ترميز الجينات لأنظمة أكسدة الأحماض الدهنية التي تم العثور عليها من خلال نهجنا الجينومي هذا الاقتراح ، حيث يوجد 36 مركب أسيل- CoA وعائلة من 36 إنزيمًا مرتبطًا يمكن أن تحفز الخطوة الأولى في تدهور الأحماض الدهنية. هناك 21 إنزيمًا متماثلًا ينتمون إلى عائلة إنزيمات إنزيمات إنزيمات الإنزيم / إيزوميراز الفائقة ، والتي تعيد ترطيب المنتج الناشئ لنزعة هيدروجيناز أسيل- CoA. تبدو الإنزيمات الأربعة التي تحول الحمض الدهني 3-هيدروكسي إلى حمض دهني 3-كيتو أقل عددًا ، ويرجع ذلك أساسًا إلى صعوبة تمييزها عن الأعضاء الآخرين في عائلة نازعة هيدروجين الكحول قصيرة السلسلة على أساس التسلسل الأولي. يبدو بالفعل أن الإنزيمات الخمسة التي تكمل الدورة عن طريق تحلل β-ketoester ، و acetyl-CoA C-acetyltransferases ، هي عائلة محدودة أكثر. بالإضافة إلى هذه المجموعة الواسعة من الإنزيمات المتحللة المنفصلة ، يشفر الجينوم أيضًا مجمع الأكسدة المتعارف عليه FadA / FadB β (Rv0859 و Rv0860). توجد أنشطة الملحقات لعملية التمثيل الغذائي للسلسلة الفردية ومضاعفة الأحماض الدهنية غير المشبعة.

      أ، تدهور دهون الخلايا المضيفة أمر حيوي في الحياة داخل الخلايا مرض السل. توفر أغشية الخلايا المضيفة سلائف للعديد من عمليات التمثيل الغذائي ، بالإضافة إلى السلائف المحتملة لمكونات جدار الخلية الفطرية ، من خلال إجراءات عائلة واسعة من الإنزيمات المؤكسدة β المشفرة بواسطة نسخ متعددة في الجينوم. تنتج هذه الإنزيمات أسيتيل CoA ، والذي يمكن تحويله إلى العديد من المستقلبات والوقود للبكتيريا من خلال إجراءات إنزيمات دورة حمض الستريك وتحويلة الجليوكسيلات في هذه الدورة. ب، الجينات التي تصنع الأحماض الفطرية ، المكون الشحمي السائد في جدار الخلية الفطرية ، تشمل النوع الأول من تركيب الأحماض الدهنية (فاس) ونظام فريد من النوع الثاني يعتمد على امتداد سلائف مرتبطة ببروتين حامل أسيل لتكوين أحماض فطرية كاملة الطول (∼ 80-كربون). ال cma الجينات هي المسؤولة عن cyclopropanation. ج، الجينات التي تنتج فثيوسيرول ديميكوسيروسات تشكل أوبرا كبيرا وتمثل النوع الأول (ماس) والنوع الثاني ( ص operon) نظم بوليكيتيد سينثيز. الوظائف منسقة اللون.

      التخليق الحيوي للأحماض الدهنية. يشترك نوعان منفصلان على الأقل من نظام الإنزيم ، سينثيز الأحماض الدهنية (FAS) I و FAS II ، في التخليق الحيوي للأحماض الدهنية في الفطريات الفطرية (الشكل 4 ب). FAS I (Rv2524 ، فاس) عبارة عن عديد ببتيد واحد مع أنشطة تحفيزية متعددة تولد عدة استرات CoA أقصر من بادئات acetyl-CoA 5 وربما تخلق سلائف للاستطالة بواسطة جميع أنظمة الأحماض الدهنية والبوليكيتيد الأخرى. يتكون FAS II من مكونات إنزيم قابلة للانفصال تعمل على ركيزة مرتبطة ببروتين ناقل الأسيل (ACP). FAS II غير قادر على من جديد تصنيع الأحماض الدهنية ولكن بدلاً من ذلك يطيل بالميتويل- ACP إلى الأحماض الدهنية التي تتراوح من 24 إلى 56 كربون في الطول 17 ، 21. قد تكون عدة مكونات مختلفة من FAS II أهدافًا لعقار السل المهم isoniazid ، بما في ذلك enoyl-ACP reductase InhA 22 و ketoacyl-ACP synthase KasA و ACP AcpM 21. يُظهر تحليل الجينوم أنه لا يوجد سوى ثلاثة تركيبات كيتواسيل محتملة: ترتبط KasA و KasB ارتباطًا وثيقًا ، وتتجمع جيناتها مع acpM، في حين أن KasC هو متماثل أكثر بعدًا لنظام ketoacyl synthase III. يشير عدد جينات ketoacyl synthase و ACP إلى وجود نظام FAS II واحد. يشبه تنظيمها الوراثي ، مع تركيبتي كيتواسيل المجمعين ، تلك الموجودة في مجموعات الجينات التركيبية الحيوية العطرية من النوع الثاني ، مثل تلك الخاصة بالأكتينورودين والتتراسيكلين والتتراسينوميسين في ستربتوميسيس الأنواع 23. يبدو أن InhA هو اختزال enoyl-ACP الوحيد ويتم نسخ الجين الخاص به مع fabG homologue ، والذي يشفر اختزال 3-oxoacyl-ACP. من المحتمل أن يكون كلا هذين البروتينين مهمين في التخليق الحيوي للأحماض الفطرية.

      يتم تصنيع الأحماض الدهنية من malonyl-CoA ويتم إنشاء السلائف بواسطة الكربوكسيل الإنزيمي للأسيتيل (أو البروبيونيل) -CoA بواسطة الكربوكسيلاز المعتمد على البيوتين (الشكل 4 ب). من دراسة الجينوم ، نتوقع أن هناك ثلاثة أنظمة كربوكسيلاز كاملة ، يتكون كل منها من وحدة فرعية α- و β ، بالإضافة إلى ثلاث وحدات فرعية β بدون نظير α. كمجموعة ، يبدو أن جميع الكربوكسيلازات أكثر ارتباطًا بمتناظرات الثدييات أكثر من ارتباطها بالإنزيمات البكتيرية المقابلة. اثنان من أنظمة الكربوكسيلاز هذه (accA1, accD1 و accA2, accD2) من المحتمل أن تشارك في تحلل الأحماض الدهنية ذات الأرقام الفردية ، لأنها مجاورة لجينات الإنزيمات التحلل الأخرى المعروفة. قد يقومون بتحويل propionyl-CoA إلى succinyl-CoA ، والذي يمكن بعد ذلك دمجه في دورة حمض الكربوكسيليك. الكربوكسيل الاصطناعية (accA3, accD3, اكد 4, accD5 و accD6) يصعب فهمها. قد تقوم الوحدات الفرعية الثلاث الإضافية بتوجيه الكربوكسيل إلى السلائف المناسبة أو قد تزيد ببساطة الكمية الإجمالية للسلائف الكربوكسيلية المتاحة إذا كانت هذه الخطوة تحد من المعدل.

      يتبع تخليق العمود الفقري البارافيني للأحماض الدهنية والفطرية في الخلية تعديلات واسعة النطاق بعد التخليق وعدم التشبع ، لا سيما في حالة الأحماض الفطرية 24 ، 25. يتم تحفيز عدم التشبع إما عن طريق ديهيدراز β-hydroxyacyl-ACP الذي يشبه FabA ، والذي يعمل باستخدام سينثيز كيتواسيل محدد ، أو بواسطة محطة هوائية مختلطة الوظيفة desaturase التي تستخدم كل من الأكسجين الجزيئي و NADPH. كشف فحص الجينوم عن عدم وجود مرشحين واضحين لنشاط يشبه FabA. ومع ذلك ، هناك ثلاثة أحشاء هوائية محتملة (مشفرة بواسطة desA1, desA2 و desA3) كان واضحًا أنه يُظهر تشابهًا قليلاً مع إنزيمات الفقاريات أو الخميرة ذات الصلة (التي تعمل على استرات CoA) ولكنها تشبه بدلاً من ذلك النباتات desaturases (التي تستخدم إسترات ACP). وبالتالي ، تشير البيانات الجينومية إلى أن عدم تشبع سلسلة الميروميكولات قد يحدث أثناء ارتباط مجموعة الأسيل بـ AcpM.

      يتم إنشاء الكثير من التنوع الهيكلي اللاحق في الأحماض الفطرية من قبل عائلة س- أدينوسيل - إنزيمات تعتمد على الميثيونين ، والتي تستخدم حمض ميروميكوليك غير المشبع كركيزة لتوليد رابطة الدول المستقلة و عبر السيكلوبروبان والفطريات الأخرى. تم التعرف على ستة أفراد من هذه العائلة وتمييز 25 منهم ، ويظهر جينات جديدة متجمعة منسوخة بشكل متقارب في الجينوم ( umaA1 و umaA2). من وظائف أفراد الأسرة المعروفين وهياكل الأحماض الفطرية في مرض السل، فمن المغري التكهن بأن هذه الإنزيمات الجديدة قد تؤدي إلى ظهور عبر السيكلوبروبان في سلائف ميروميكولات. بالإضافة إلى هذين الميثيل ترانسفيراز ، هناك نوعان آخران من ناقلات ميثيل الدهون غير المرتبطة (Ufa1 و Ufa2) التي تشترك في التماثل مع سينسيز الأحماض الدهنية السيكلوبروبان بكتريا قولونية 25. على الرغم من أن cyclopropanation يبدو أنه تعديل شائع نسبيًا للأحماض الفطرية ، إلا أنه لم يتم وصف cyclopropanation لمكونات غشاء البلازما في المتفطرات. يتم إنتاج حمض Tuberculostearic عن طريق مثيلة حمض الأوليك ، ويمكن تصنيعه بواسطة أحد هذين الإنزيمين.

      يؤدي تكثيف سلسلة الميروميكولات التي تعمل بكامل طاقتها والمُشكلة مسبقًا مع 26 كربونًا إلى فرع ألفا إلى إنتاج أحماض فطرية كاملة الطول يجب نقلها إلى موقعها النهائي لتثبيتها على جدار الخلية arabinogalactan. يتم التوسط في النقل والأسترة اللاحقة بواسطة ثلاثة بروتينات مناعية معروفة من مجمع المستضد 85 26. يقوم الجينوم بترميز العضو الرابع من هذا المركب ، مستضد 85C ′ (ملف fbpC2، Rv0129) ، والتي ترتبط ارتباطًا وثيقًا بمستضد 85C. هناك حاجة إلى مزيد من الدراسات لإظهار ما إذا كان البروتين يمتلك نشاط mycolytransferase ولتوضيح السبب وراء التكرار الظاهر.

      تخليق بوليكيتيد. تقوم البكتيريا الفطرية بتجميع البوليكيتيدات من خلال عدة آليات مختلفة. نظام معياري من النوع الأول ، مشابه للنظام المتضمن في التخليق الحيوي للإريثروميسين 23 ، يتم ترميزه بواسطة مشغل كبير جدًا ، ppsABCDE، ووظائف في إنتاج الفينول ثيوسيرول 5. يشير غياب النوع الثاني من سينسيز بولي كيتيد إلى أن الدهون ذات الصلة مثل phthiocerol A و B و phthiodiolone A و phthiotriol قد يتم تصنيعها جميعها بواسطة نفس النظام ، إما من مواد أولية بديلة أو عن طريق تعديل ما بعد التركيب التفاضلي. من المهم من الناحية الفسيولوجية أن ص تحدث مجموعة الجينات على الفور المنبع ماس، والذي يقوم بترميز إنزيم mycocerosic acid synthase متعدد الوظائف (MAS) ، حيث أن منتجاتها phthiocerol و mycocerosic acid أسترة لتشكيل جزيء phthiocerol dimycocerosate المرتبط بجدار الخلية بكثرة (الشكل 4 ج).

      يتشابه أعضاء مجموعة كبيرة أخرى من إنزيمات سينثاز البوليكيتيد مع MAS ، والذي يولد أيضًا مكونات الأحماض الدهنية متعددة الميثيل المتفرعة من mycosides و phthiocerol dimycocerosate ، جزيئات وفيرة مرتبطة بجدار الخلية 5. على الرغم من أن بعض هذه التركيبات متعددة الكيتيدات قد تمتد من النوع الأول FAS CoA لإنتاج أحماض دهنية متفرعة من الميثيل طويلة السلسلة مثل أحماض mycolipenic و mycolipodienic و mycolipanolic أو أحماض phthioceranic و hydroxyphthioceranic ، أو قد تظهر أيضًا تراكبًا وظيفيًا 5. من هذه الإنزيمات أكثر من المستقلبات المعروفة. وبالتالي قد يكون هناك مستقلبات دهنية وبولي كيتيد جديدة يتم التعبير عنها فقط في ظل ظروف معينة ، مثل أثناء العدوى والمرض.

      ترتبط فئة رابعة من مركبات البوليكيتيد بعائلة إنزيم النبات التي تتضمن كالكون وسينثاز ستيلبين 23. هذه التركيبات متعددة الكيتيدات متباينة نسبيًا عن جميع مركبات البوليكيتيد والأحماض الدهنية الأخرى وتنتج بوليكيتيدات غير مخفضة ترتبط عادةً بأصباغ الأنثوسيانين والفلافونويد. وظيفة هذه الأنظمة ، والتي غالبًا ما تكون مرتبطة بوحدات النوع الأول الظاهرة ، غير معروفة. مثال على ذلك هو مجموعة الجينات الممتدة pks10, pks7, pks8 و pks9، والذي يتضمن اثنين من الإنزيمات الشبيهة بـ chalcone-synthase ووحدتين من نظام واضح من النوع الأول. تعتبر المستقلبات غير المعروفة التي تنتجها هذه الإنزيمات مثيرة للاهتمام بسبب الأنشطة البيولوجية القوية لبعض البوليكيتيدات مثل الراباميسين الكابت للمناعة.

      حورس. يتم تصنيع الببتيدات التي لا يتم تصنيعها عن طريق الريبوسوم من خلال عملية مماثلة ميكانيكيًا لتخليق البوليكيتيد 23 ، 27. تشتمل هذه الببتيدات على حامض الحديد الكاسح للحديد ، والميكوباكتين والإكسوكلينات 2 ، 28 ، المشتقة من الساليسيلات عن طريق إضافة السيرين (أو ثريونين) ، واثنين من اللايسينات والأحماض الدهنية المختلفة وقطاعات البوليكيتيد المحتملة. ال mbt أوبرون ، الذي يشفر بروتينًا ظاهريًا منشطًا للساليسيلات ، وثلاثة ليجازات من الأحماض الأمينية ، ووحدة واحدة من سينثيز من النوع الأول بولي كيتيد ، قد يكون مسؤولاً عن التخليق الحيوي للفطريات الحديدية الفطرية. يشير وجود نظام واحد فقط لتخليق الببتيد غير الريبوزومي إلى أن هذا المسار قد يولد كلاً من حاملي الحديد وأن التعديل اللاحق لمجموعة أمينية واحدة من بقايا ليسين واحد قد يفسر الخصائص الفيزيائية المختلفة ووظيفة حوامل الحديد 28.


      البكتيريا المقاومة للأدوية المتعددة والقشرة الأرضية

      من المعروف منذ فترة طويلة أن الكائنات الحية الدقيقة لديها العديد من آليات مقاومة الأدوية ، والتي تنشأ من الانتقاء الطبيعي لمجموعة & # x0201cgene & # x0201d للتطور المستمر للمجموعات الميكروبية إما عن طريق الطفرات الجينية (التطور الرأسي) أو عن طريق اكتساب الجينات من غير - الأنواع ذات الصلة من خلال العناصر الوراثية المتنقلة مثل البلازميدات والعاقمات واللينقولات (بمعنى آخر.، نقل الجينات الأفقي). يوضح الشكل 3 أ بعض الآليات الرئيسية لمقاومة البكتيريا للمضادات الحيوية المعروفة. تاريخيًا ، أدى الاستخدام غير الملائم للمركبات الدوائية في البيئة السريرية إلى وضع الانتقاء الاصطناعي على الكائنات الحية الدقيقة ، مما أدى إلى تسريع انتشار المقاومة بين الكائنات الحية الدقيقة الممرضة والمتعايشة. كما لوحظ في الشكل 3 ب ، فإن ظهور مسببات الأمراض المقاومة في بيئة المستشفى يحدث عادةً بعد فترة وجيزة من إدخال مركب جديد (Schmieder and Edwards ، 2012).

      تظهر آليات المقاومة البكتيرية للمضادات الحيوية (أ) وتطور مقاومة المضادات الحيوية التطور السريع للمقاومة لفئات متعددة من المضادات الحيوية (ب). مستنسخ من Future Microbiology ، كانون الثاني 2012 ، المجلد. 7، No. 1، Pages 73 & # x0201389 بإذن من Future Medicine Ltd. (Schmieder and Edwards، 2012).

      على الرغم من هذا الموقف ، فإن ظهور الجينات المرتبطة بمقاومة المضادات الحيوية سبق الاستخدام الإكلينيكي للمضادات الحيوية من قبل البشر ويجب ألا يُفهم على أنه نتيجة لهذا الاختيار ولكن على أنه مادة خام. إن مقاومة الميكروبات للمضادات الحيوية ومسببات الأمراض ليست ظواهر حديثة. كشفت الدراسات التي أجريت باستخدام عينات الحمض النووي الميتاجينومية المستخرجة من رواسب التربة الصقيعية في بيرنجيان والتي كانت محمية من التلوث بطبقات من التيفرا البركانية (C 14 مؤرخة بعمر 30000 عام ، تنتمي إلى العصر الجليدي) عن وجود العديد من مجموعات الجينات التي تشفر المقاومة لـ & # x003b2-lactam ، التتراسكلين والمضادات الحيوية ببتيد الجليكوبتيد ووجود متغيرات تسلسلية مماثلة لعنصر مقاومة الفانكومايسين الحديث VanA (D & # x02019Costa وآخرون.، 2011). يوضح هذا المسار الطبيعي لظهور هذه الجينات من خلال التطور ، مما يشير إلى أن دورها في العلاقات العدائية داخل المجتمع الميكروبي يسبق آثار الفعل البشري.

      إذا تطلب التكيف المستمر للكائنات الدقيقة مع الأدوية المتداولة بحثًا مستمرًا عن تركيبات جديدة ، فإن ظهور فئات البكتيريا المقاومة للأدوية المتعددة قد جعل اكتشاف جزيئات كيميائية جديدة أولوية. ظهرت بعض الأساليب الواعدة ، مثل التنقيب في منافذ بكتيرية غير مستكشفة ، وقاعدة بيانات البحث عن الجزيئات الاصطناعية (Fischbach and Walsh ، 2009) واستخدام الميتاجينوميات.

      الدرجة الأولى تتوافق مع مقاومة الميثيسيلين المكورات العنقودية الذهبية (MRSA) ، ويتم تحديد هذه المجموعة على أنها سبب وفاة 19000 سنويًا في الولايات المتحدة وزيادة سنوية في تكاليف الصحة في حدود 3 إلى 4 مليارات دولار. كعامل مشدد ، يزيد انتشار MRSA من احتمالية مقاومة الفانكومايسين بكتريا المكورة العنقودية البرتقالية (VRSA) ، مزيد من التحدي لعلاج المرض في المستشفيات (Fischbach and Walsh ، 2009).

      الفئة الثانية تشمل البكتيريا المقاومة للأدوية المتعددة إيجابية الجرام (MDR مع مقاومة بعض الأدوية) والبكتيريا المقاومة لعقاقير pandrug (PDR مع مقاومة جميع الأدوية) ، وهي البكتيريا الأقل انتشارًا من MRSA ، والتي ترتبط بصور إكلينيكية غير قابلة للشفاء. السلالات راكدة بومانية, الإشريكية القولونية, Klebsiella pneunominae، و الزائفة الزنجارية هي MDR / PDR للبنسلين ، السيفالوسبورين ، الكاربابينيم ، المونوباكتام ، الكينولون ، أمينوغليكوزيد ، التتراسيكلين والبوليميكسين (فيشباخ والش ، 2009).

      الدرجة الثالثة تتكون من السل الفطري السلالات المقاومة للأدوية المتعددة والمقاومة للأدوية على نطاق واسع (XDR) ، وهي مشكلة متنامية في البلدان النامية ، وتتطلب العلاج لمدة عامين بالمضادات الحيوية التي تسبب آثارًا جانبية شديدة (Fischbach and Walsh ، 2009).

      يثير هذا الموقف مناقشة إساءة استخدام الأدوية ، والتي أدت لسنوات إلى تسريع عملية المقاومة هذه التي تسببها أجيال من الميكروبات التي تنبعث من علاجات غير كافية من حيث المدة والجرعة. أدى هذا القلق أيضًا إلى إنشاء قواعد أكثر صرامة لشراء المضادات الحيوية مثل القرار الأخير الصادر عن الوكالة الوطنية البرازيلية للمراقبة الصحية (Ag & # x000eancia Nacional de Vigil & # x000e2ncia Sanit & # x000e1ria - ANVISA) للتقديم الإلزامي للوصفة الطبية لشراء المضادات الحيوية ، وبالتالي الحد من العلاج الذاتي.


      II. تفاعل البروتين والبروتين بين AT و ACP في التخليق الحيوي للفيسينيستاتين

      ATs هي المسؤولة عن اختيار ودمج وحدات بادئ الأسيل ووحدات البسط في التخليق الحيوي للبوليكيتيد. 22 ،) لذلك ، يمكن أن تكون ATs أهدافًا جذابة لتغيير خصوصية لبنة الأسيل للحصول على نظائر بوليكيتيد غير طبيعية نشطة بيولوجيًا. ومع ذلك ، فإن استبدال مجال AT بنطاق AT متماثل يمتلك خصائص مختلفة من ركيزة الأسيل أدى إلى تقليل أو إلغاء إنتاج نظائر البوليكيتيد في كثير من الحالات. 22،23) تم الإبلاغ عن AT للتعرف على ACP المتشابه من ACPs الأخرى من خلال تفاعل البروتين والبروتين. 24،25) وبالتالي ، فإن التفاعل المناسب بين البروتين والبروتين بين AT و ACP مهم للنقل الوظيفي لمجموعات الأسيل في التخليق الحيوي للبوليكيتيد. ومع ذلك ، فإن آلية التعرف على ACP ليست مفهومة جيدًا لأن التحديد الهيكلي لمركب AT-ACP يعوقه التفاعل الضعيف والعابر بينهما. 26) التحديد الهيكلي لمركب AT-ACP ضروري لفهم آلية التعرف على ACP أثناء تفاعل نقل الأسيل.

      في التخليق الحيوي للفيسينيستاتين ، من المفترض أن يتعرف VinK على VinL و VinP1LdACP من ACPs الأخرى لنقل مجموعة dipeptidyl. لتصور التفاعل المحدد للبروتين والبروتين بين VinK واثنين من ACPs ، حاولنا بلورة VinK مع VinL و VinP1LdACP. لاحتجاز معقدات VinK-ACP العابرة ، تم تصميم طريقة ربط تساهمية باستخدام كاشف مالييميد ثنائي الوظيفة. 14 ،) تم تحديد الهيكل المعقد لـ P450cam مع بوتيداردوكسين شريك الأكسدة سابقًا عن طريق محاصرة المركب العابر باستخدام 1،6-bismaleimidohexane. 27 ،) في هذه الحالة ، تم تحوير المخلفات السطحية لهذه البروتينات إلى Cys ، مما يتيح حدوث ارتباط متقاطع خاص بالموقع في واجهة الربط الخاصة بهم. In VinK–ACP, a cross-link with the thiol group of the phosphopantetheine arm of ACP at the substrate-binding tunnel of VinK was proposed (Fig. 3(F)). For this purpose, a Cys mutation at Ser266 was introduced, which is located at the bottom of the substrate-binding tunnel in VinK. The cross-linking reaction between the VinK S266C mutant and VinL in the presence of 1,2-bismaleimidoethane (BMOE) gave a covalent complex, as expected. Finally, the VinK–VinL complex structure was determined successfully, which is the first crystal structure of an AT–ACP complex. 14 ) Similarly, the cross-linking reaction between the VinK S266C mutant and VinP1LdACP in the presence of BMOE gave a covalent complex however, obtaining a crystal of VinK–VinP1LdACP complex failed.

      In the VinK–VinL complex structure, the phosphopantetheine arm of VinL is orientated into the VinK substrate-binding pocket and covalently attached to the mutated Cys266 of VinK through BMOE (Fig. 3(G)). The binding interface between VinK and VinL comprises approximately 650 Å 2 . This small contact area is consistent with the transient nature of the AT–ACP interaction. VinK mainly recognizes the helix II region of VinL through salt bridges and hydrophobic interactions (Fig. 3(G)). Arg153 and Arg299 of VinK form salt bridges with Glu47 and Asp35 of VinL, respectively. Met206 of VinK forms hydrophobic contacts with Thr39, Leu43, Leu59, and Phe64 of VinL. VinK R153A, M206A, and R299A mutants showed significantly reduced affinities for VinL, confirming the importance of these VinK residues for the interaction with VinL. Based on the VinK–VinL complex structure, insight into the recognition mechanism of VinP1LdACP by VinK was also obtained. The VinK–VinL complex structure could be useful as a model for predicting the interaction of other AT–ACP complexes.

      Most ATs accept acyl-CoA as a substrate for transfer of the acyl group to the partner ACP. These acyl-CoA-specific ATs generally have an Arg or Lys residue near the entrance of the substrate-binding tunnel for interaction with the phosphate group of the ribose moiety of CoA. 15 , ) In contrast, VinK has a hydrophobic Met206 residue, which interacts with VinL residues, at the corresponding position. Other acyl-ACP-specific ATs such as ZmaA, 28 , ) ZmaF, 28 , ) and ClbG 29 ) also contain a hydrophobic residue at this position. Thus, the presence of a hydrophobic residue at this position might be a conserved feature in acyl-ACP-specific ATs.


      BIOSYNTHESIS OF NOVEL MOLECULES BY TYPE III PKSs THROUGH PRECURSOR-DIRECTED AND MUTAGENESIS APPROACHES

      Type III PKSs have been used for the synthesis of novel molecules because of their broad substrate specificity. Notably, incorporation of unnatural starter units has shown significance in generating new compounds. The BAS from R. palmatum catalyzes a simple decarboxylative condensation of malonyl-CoA with 4-coumaroyl-CoA. Taking advantage of its unusually broad substrate specificity and notable catalytic versatility, Wakimoto et al. synthesized a series of unnatural, novel tetramic acid derivatives by using aminoacyl-CoA thioesters as the starter units (Fig. 9). One of the tetramic acid products formed from D -phenylalanoyl-CoA showed moderate antiproliferative activity against murine leukemia P388 cells ( 46 ).

      Biosynthesis of novel cytotoxic tetramic acid derivatives by BAS.

      The structure-based mutagenesis of type III PKSs has been demonstrated to be a useful approach to engineering these enzymes and expanding the catalytic repertoire to produce larger and more complex polyketide molecules. As described above, the wild-type OKS from A. arborescens catalyzes the condensation of eight molecules of malonyl-CoA to produce the aromatic octaketides SEK4 and SEK4b (Fig. 2). The enzyme was first modified by a single mutation to generate the N222G mutant, which was able to produce a longer decaketide benzophenone SEK15 (Fig. 10A). Furthermore, the F66L/N222G double mutant was shown to produce dodecaketide TW95a by sequential condensation of 12 molecules of malonyl-CoA (Fig. 10B). A homology model predicted that the volume of the active-site cavity in the F66L/N222G mutant is increased to 748 Å, from 652 Å of the wild-type OKS ( 47 ), which explains why the longer polyketide can be synthesized.

      Engineered biosynthesis of long polyketides by OAS. (A) Biosynthesis of SEK15 by the N222G mutant of OAS. (B) Biosynthesis of TW95a by the F66L/N222G mutant of OAS.

      A recent work on HsPKS1 from Huperzia serrata has demonstrated that engineering of type III PKSs will not only lead to the synthesis of regular polyketides but also generate other types of molecules. HsPKS1 is similar to CHS, catalyzing the sequential condensation of 4-coumaroyl-CoA with three units of malonyl-CoA. However, HsPKS1 has an unusually broad substrate specificity, which allows the biosynthesis of unnatural unique polyketide-alkaloid hybrid molecules. This occurs via the condensation of nitrogen-containing substrates with two molecules of malonyl-CoA. The structure-based S348G mutant extended the product chain length and altered the cyclization mechanism. This is exemplified by the reactions in Fig. 11. HsPKS1 catalyzes the condensation of 2-carbamoylbenzoyl-CoA with two units of malonyl-CoA to generate 2-hydroxypyrido[2,1-أ]isoindole-4,6-dione (Fig. 11A), whereas the S348G mutant takes three units of the extender units, yielding a biologically active alkaloid, 1,3-dihydroxy-5ح-dibenzo[b,e]azepine-6,11-dioine (Fig. 11B) ( 48 ). An earlier research also reported the biosynthesis of 4-hydroxy-2(1H)-quinolones, a novel alkaloidal scaffold, by the BAS from R. palmatum مع ن-methylanthraniloyl-CoA and anthraniloyl-CoA as the starter units ( 49 ). These results have revealed that the use of nonphysiological substrates by type III PKSs may yield novel molecules.

      Biosynthesis of novel alkaloids by HsPKS1. (A) Biosynthesis of 2-hydroxypyrido[2,1-a]isoindole-4,6-dione by HsPKS1 from a unnatural starter unit, 2-carbamoylbenzoyl-CoA. (B) Engineered biosynthesis of 1,3-dihydroxy-5H-dibenzo[b,e]azepine-6,11-dioine by the S348G mutant of HsPKS1.

      Various type III PKSs have been engineered into بكتريا قولونية to generate novel polyketides. The production of plant-specific curcuminoids has been reconstituted in بكتريا قولونية by coexpressing CUS with phenylalanine ammonia-lyase from Rhodotorula rubra and 4-coumarate:CoA ligase (4CL) from Lithospermum erythrorhizon ( 50 ). Furthermore, the engineered strain was utilized to produce a series of unnatural curcuminoids by providing a variety of carboxylate precursors (Fig. 12) ( 51 ). Because of its broad substrate specificity, CUS has also recently been coexpressed with a 4CL from L. erythrorhizon, a fatty acid CoA ligase from يا ساتيفا, and a β-oxidation system from S. cerevisiae to produce gingerol derivatives (Fig. 13) ( 52 ).


      Modularity of scaffold biosynthesis

      Initiation of biosynthesis

      The composition of the polyketide backbone, or scaffold, structure is governed by the stringency of acetyltransferase domains to load a specific acyl-CoA substrate, but also through substrate stereochemistry and redox pattern ( Sundermann وآخرون., 2013): each PKS assembles an individual product through the choice of acyl-CoA units, their level of reduction and subsequent tailoring. Initiation of scaffold biosynthesis requires selection and recruitment of a starter unit onto a didomain, comprising an acetyltransferase and an ACP, collectively termed the loading module. The resulting initial starter unit serves as the first substrate in the growth of the final β-keto-acyl chain. Generation of diversity through the promiscuity of acetyltransferase domains to load multiple different starter units, termed polyspecificity, is more commonly observed than by polyspecificity of extender modules later in biosynthesis ( McDaniel وآخرون., 1999 Yuzawa وآخرون.، 2012). Introduction of diversity during initiation of biosynthesis also commonly occurs through the multiple different priming mechanisms used by the array of loading modules available ( Moore & Hertweck, 2002 Hertweck, 2009). Due to the mechanistic promiscuity of the starter domains, combinatorial biosynthesis attempts to manipulate PKS modules often start with here. For example, the acetyltransferase and ACP loading module of DEBS1 naturally recruit a propionate starter unit. Substitution with loading modules from tylosin and oleandomycin type I megasynthases from Streptomyces fradiae و Streptomyces antibioticus, respectively, resulted in controlled integration of propionate or acetate as a starter unit ( Long وآخرون.، 2002). Similarly, the replacement of the isobutyryl-CoA-specific loading module initiating avermectin biosynthesis in Streptomyces avermitilis M1 by the unique phoslactomycin polyketide cyclohexanecarboxylic unit loading module from Streptomyces platensis resulted in production of the veterinary antiparasitic doramectin ( Wang وآخرون.، 2011). Alteration of loading modules for the initiation of biosynthesis is therefore one step showing promise for the generation of novel polyketides.

      Chain extension

      After initiation, continued assembly of the polyketide scaffold requires loading of extender units onto the acetyltransferase and ACP and incorporation into the β-keto-acyl intermediate by the ketosynthase. At this stage, diversity can be introduced through the installation of noncanonical extender units resulting from the polyspecificity of loading domains, domain substitutions or by the iterative action of an otherwise modular PKS ( Kapur وآخرون.، 2012). The collection of commonly used extender units nature provides is modest: Canonical extender units comprise malonyl- and methylmalonyl-CoA. Substitution for domains loading other, less commonly used, extender units will allow introduction of a broadened chemistry into the polyketide backbone. For example, reductive carboxylation of α,β-unsaturated acyl-CoA precursors via crotonyl-CoA reductase/carboxylase homologues facilitates inclusion of hexyl-, propyl-, chloroethyl- and isobutylmalonyl-CoA into the polyketide scaffold ( Eustaquio وآخرون., 2009 Liu وآخرون., 2009 Wilson وآخرون.، 2011). Alternatively, functionalization of extender units on stand-alone ACPs allows the incorporation of allyl- ( Mo وآخرون., 2011), amino-, hydroxyl- ( Chan وآخرون., 2006) and methoxymalonyl-ACP ( Wu وآخرون., 2000) extender units into the polyketide scaffold.

      Predicting the polyspecificity of extender modules to introduce these rarer extender units is not straightforward. The mechanical processing and discrimination between acyl-CoA extender units by loading domains in type I modular PKSs is currently little understood. Investigations to elucidate why particular substrates are preferred or chosen are presenting a growing body of evidence suggesting that PKSs may be able to tolerate and incorporate exogenous natural and non-natural extender units into the β-keto-acyl chain. For example, analysis of the acyl-CoA substrate selectivity of PikAIV, a pikromycin synthase from Streptomyces venezuelae, elucidated the polyspecificity of extender modules towards substrates not readily present in the producer. PikAIV successfully loaded malonyl-, propionyl-, ethyl- and native methylmalonyl-CoA to the ACP. In the case of malonyl- and propionyl-CoA, active site occupancy was low at 3% and 19%, respectively. More interestingly, the rare extender ethylmalonyl-CoA showed acetyltransferase loading of 90% and low levels of hydrolytic release indicating its potential for incorporation during assembly the native substrate methylmalonyl-CoA showed 100% acetyltransferase saturation ( Bonnett وآخرون.، 2011). In the case of PikAIV, all acyl-CoA substrates were loaded however, incorporation into the carbon chain depended upon the rate of subsequent hydrolytic release. These findings suggest that extender modules may show a greater tolerance to incorporate exogenous precursors lacking evolved selectivity, consistent with findings previously reported ( Pohl وآخرون.، 2001). Substituting extender domains for the addition of novel extender units showing limited hydrolytic release could therefore result in the generation of novel polyketides however, no concrete rules defining what properties extender modules require to do so have been elucidated, despite observed discrimination between sizes of extender units and incorporation.

      Product release

      Manipulating starter and extender modules of PKSs may permit the introduction of novel acyl-CoA substrates into the polyketide scaffold. However, for these to show activity, they must be released from the PKS. For successful release, it is important to identify which catalytic domains act as decision gates, thereby permitting continuation of downstream biosynthesis of altered β-keto-acyl intermediates. Elucidating such points will significantly aid success when engineering BGCs. Yeh وآخرون. (2013) experimentally indicated that the phylogeny between nonreducing iterative PKS (nrPKS) modules is a good predictor of successful polyketide assembly and release from engineered BGCs. Increased phylogenetic proximity between gene units translated to improved domain–domain interactions and as a result, improved the release of the polyketide end product. In contrast, Xu وآخرون. (2013) show for type II nrPKSs that the best predictors of thioesterase acceptance, and therefore release, are the shape and size of the polyketide substrate and consequently indicate the stringency of thioesterase domains in carrying out discriminative decision gate functions. For example, if the native substrate of a thioesterase was a nonaketide, but the engineered assembly line presented it with a heptaketide, the rate of release was almost zero ( Vagstad وآخرون.، 2013). Substituting thioesterase domains often resulted in abolished product formation, despite the presence of an abundance of β-keto-acyl intermediates produced by the upstream domains, whereas judicious choices of thioesterase substitution resulted in the successful production of an unnatural polyketide product, radilarin ( Xu وآخرون.، 2013). Successful polyketide release from thioesterase in the case of resorcyclic acid lactones and dihydroxyphenylacetate acid lactones may be dependent upon substrate size ( Xu وآخرون.، 2013). However, contrastingly, truncation of the DEBS1–3 megasynthase through relocation of the thioesterase domains downstream of the modular DEBS1 resulted in assembly and successful release of a much shortened triketide lactone ( Kao وآخرون., 1995 Pfeifer وآخرون.، 2001). These contrasting results indicated the complex nature of the thioesterase and show the requirement for further work to build rules to predict thioesterase domain tolerance for substrates. Currently, for successful incorporation of novel starter and extender units, and successful product release, analysis of domains must be carried out on a case-by-case basis.


      Allergens/Antigens, toxins and polyketides of important Aspergillus species

      The medical, agricultural and biotechnological importance of the primitive eukaryotic microorganisms, the Fungi was recognized way back in 1920. Among various groups of fungi, the Aspergillus species are studied in great detail using advances in genomics and proteomics to unravel biological and molecular mechanisms in these fungi. Aspergillus fumigatus, Aspergillus flavus, Aspergillus niger, Aspergillus parasiticus, Aspergillus nidulans and Aspergillus terreus are some of the important species relevant to human, agricultural and biotechnological applications. The potential of Aspergillus species to produce highly diversified complex biomolecules such as multifunctional proteins (allergens, antigens, enzymes) and polyketides is fascinating and demands greater insight into the understanding of these fungal species for application to human health. Recently a regulator gene for secondary metabolites, LaeA has been identified. Gene mining based on LaeA has facilitated new metabolites with antimicrobial activity such as emericellamides and antitumor activity such as terrequinone A from A. nidulans. Immunoproteomic approach was reported for identification of few novel allergens for A. fumigatus. In this context, the review is focused on recent developments in allergens, antigens, structural and functional diversity of the polyketide synthases that produce polyketides of pharmaceutical and biological importance. Possible antifungal drug targets for development of effective antifungal drugs and new strategies for development of molecular diagnostics are considered.

      الكلمات الدالة: Allergens Aspergillus species Polyketides.

      الأرقام

      Antifungal drugs and the mechanism…

      Antifungal drugs and the mechanism of action

      Lovastatin nonaketide synthase(LovB) of Aspergilllus…

      Lovastatin nonaketide synthase(LovB) of Aspergilllus terreus showing general فطر الرشاشيات Polyketide synthase domain Architect…


      شاهد الفيديو: تجربة إختبار فعل انزيم الأميليز amylase (قد 2022).