細菌通過次級代謝產(chǎn)生具有生物活性的抗生素從而清除異己，爭奪環(huán)境中的資源，那抗生素產(chǎn)生菌如何避免抗生素對自身產(chǎn)生傷害呢？近期，中國科學(xué)院上海有機化學(xué)研究所生命有機化學(xué)國家重點實驗室研究員唐功利課題組在高活性天然產(chǎn)物萘啶霉素（NDM）的生物合成研究過程中，發(fā)現(xiàn)了一個分泌型、FAD依賴的氧化還原酶NapU在胞外氧化無活性前體生成具有生物活性的萘啶霉素，隨后還可以進一步氧化萘啶霉素使其失活。相關(guān)成果近期發(fā)表在《美國國家科學(xué)院院刊》上（PNAS 2018，115：11232-11237）。
萘啶霉素屬于四氫異喹啉家族天然產(chǎn)物，該家族抗生素因其良好的抗腫瘤和抗菌活性備受研究者們的關(guān)注。它們均具有藥效官能團——半縮醛胺，其中羥基通過質(zhì)子化脫水，伴隨氮原子給出孤對電子形成親電性亞胺物種，形成亞胺的碳原子易被鳥嘌呤中的N-2位親核進攻從而有效地烷基化DNA。
基因敲除發(fā)現(xiàn)基因napU失活的突變株發(fā)酵產(chǎn)生無半縮醛胺羥基的中間體5。體外酶活測試表明NapU能迅速氧化化合物5生成NDM (1)；而隨著反應(yīng)時間的延長，NDM緩慢地轉(zhuǎn)化為具有酰胺結(jié)構(gòu)的化合物7。通過對野生型萘啶霉素產(chǎn)生菌的發(fā)酵產(chǎn)物進行時間梯度監(jiān)測，發(fā)現(xiàn)發(fā)酵產(chǎn)物NDM和化合物7的產(chǎn)量變化與體外酶活測試結(jié)果一致。以大腸桿菌作為測試菌，發(fā)現(xiàn)化合物5和7的活性遠遠低于NDM。
基于這些實驗結(jié)果，該團隊提出這種胞外氧化活化產(chǎn)生抗生素和進一步氧化失活過程可能是產(chǎn)生菌的一種自抗性機制。隨后結(jié)合突變和標(biāo)記實驗提出了可能的反應(yīng)機理；通過Western-Blot和蛋白質(zhì)譜方法對野生型菌株表達的分泌蛋白NapU進行捕捉和定量，質(zhì)譜成像顯示與中間體及產(chǎn)物存在顯著時空相關(guān)性；而表達NapU的大腸桿菌對NDM顯示明顯的抗性。該研究揭示了一種原核生物罕見的“胞內(nèi)藥效團失活-前藥外泌與成熟-胞外藥效團再生-宿主周邊活性抗生素濃度調(diào)控”復(fù)雜而精巧的時空隔離自抗性機制，進一步暗示了鏈霉菌富含復(fù)雜多樣的胞外生理與生化。
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