糖肽抗生素（Glycopeptide antibiotics, GPAs）长期以来被视为治疗多重耐药革兰氏阳性病原菌感染的“最后一道防线”，但随着微生物耐药（如万古霉素耐药肠球菌Vancomycin-resistant Enterococcus, VRE）的传播与蔓延，传统GPAs的临床疗效面临严峻挑战。传统Ⅰ―Ⅳ型GPAs通过靶向结合脂质Ⅱ的d-丙氨酰-d-丙氨酸（d-alanyl-d-alanine, d-Ala-d-Ala）二肽末端抑制细菌细胞壁的合成，该靶点的修饰可导致VRE对GPAs的耐受显著提高。最近研究表明，Ⅴ型GPAs通过结合肽聚糖并阻断自溶素活性，从而抑制细菌细胞壁的降解，展现出不同于传统GPAs的全新抑菌机制。

近日，中国科学院天津工业生物技术研究所邓子新大师工作室通过系统进化分析从链霉菌Streptomyces fumanus CGMCC 4.1732基因组中挖掘了一个全新GPA生物合成基因簇，并通过异源表达鉴定了一个全新GPA—fumamycin。Fumamycin是GPA中首个不含保守4-羟基苯甘氨酸（4-hydroxyphenylglycine, Hpg）残基和色氨酸（Tryptophan, Trp）残基的GPA，其十肽骨架仅由3，5-二羟基苯苷氨酸（3, 5-dihydroxyphenylglycine, Dpg）与酪氨酸（Tyrosine, Tyr）组成，并通过独特的Dpg1-O-Dpg3联芳醚键以及GPA中前所未有的二苯并二噁英环（Tyr6-O-O-Dpg9）进行交联。研究团队通过基因敲除确定了两个P450酶FumE和FumD 分别负责上述两种环化结构的合成，获得了两个新衍生物fumamycin B与L，并推测了fumamycin的生物合成途径。抑菌活性测试显示，fumamycin及其衍生物对革兰氏阳性细菌包括MRSA和VRE临床分离株具有显著地广谱抑菌活性。进一步地作用机制研究表明，fumamycin并非靶向d-Ala-d-Ala，而是通过结合肽聚糖并抑制自溶素活性来阻断细胞壁重塑，这一作用机制与V型GPA的作用机制一致。鉴于GPA的化学结构与作用机制的显著差异，研究团队参与德国图宾根大学Zimert教授发起的一项GPA重命名工作中，根据系统进化分析将GPA重命名为xyclopeptide，并进一步划分为d-Ala-d-Ala结合dalabactin（Ⅰ―Ⅳ型）与肽聚糖结合murobactin（A―E型）。其中，fumamycin是E型murobactin的首个成员。Fumamycin的发现不仅拓展了GPA的化学结构空间，也为下一代抗耐药抗生素的研发提供了全新的先导结构。相关成果发表于ACS Infectious Diseases。中国科学院天津工业生物技术研究所博士研究生李星坤与合成生物学海河实验室博士后王梦如博士为论文第一作者，天津工生所徐敏研究员为通讯作者。

在此基础上，中国科学院天津工业生物技术研究所邓子新大师工作室与天津科技大学合作，进一步探索了通过P450酶定点突变来重塑GPA拓扑结构的可能性。研究发现，直接敲除负责构建二苯并二噁英环的P450—FumD导致无任何中间产物积累，提示FumD可能是后续FumE催化的前提。然而，当在FumD中引入破坏血红素铁结合的关键突变（C340A）时，并未完全阻断fumamycin合成的环化反应，反而意外地获得了一个仅保留G-O-I单环交联的新衍生物—fumamycin M，以及一个含有额外推测F-O-H环的微量衍生物fumamycin M2。这表明，保守位点的突变而非完全基因缺失，能够“解锁”下游P450酶（FumE）的新催化潜能，实现此前无法获得的交联模式。结构鉴定与抑菌活性测试表明，fumamycin M保留了对MRSA和VRE等临床耐药菌株的良好活性，且其G-O-I环对抗菌活性具有关键贡献。作用机制研究确认，fumamycin M同样通过结合肽聚糖并抑制自溶素发挥作用。该研究首次提出了一种通过P450酶失活突变进行GPA拓扑结构“重编程”的策略，为GPA类复杂天然产物的三维结构编辑提供了新的思路与方法。相关成果发表于Organic Letters。天津科技大学硕士研究生毛明珠和天津工生所博士研究生李星坤为论文第一作者，天津工生所徐敏研究员和天津科技大学周飒教授为共同通讯作者。

相关研究工作得到了国家重点研发计划、天津市合成生物技术创新能力提升能力行动、合成生物学海河实验室重大攻关类和颠覆性创新等项目的支持。

论文链接 1 2

系统进化导向全新GPA的发掘

P450酶突变实现GPA拓扑结构的“重编程”