基因组深度挖掘驱动微生物萜类化合物高效发现

作     者：雷茹 陶慧 刘天罡 LEI Ru;TAO Hui;LIU Tiangang

作者机构：武汉大学药学院组合生物合成与新药发现教育部重点实验室湖北武汉430071 

出 版 物：《合成生物学》 (Synthetic Biology Journal)

年 卷 期：2024年第5卷第3期

页      面：507-526页

核心收录：

学科分类：08[工学] 09[农学] 0901[农学-作物学] 0836[工学-生物工程] 090102[农学-作物遗传育种] 

基　　金：国家重点研发计划(2023YFA0916200) 

主　　题：萜类天然产物 萜类合酶 微生物底盘 基因组挖掘 人工智能 自动化高通量平台 

摘      要：萜类天然产物广泛分布于动物(包括海洋无脊椎动物)、植物、微生物中,具有复杂的化学结构和丰富的生物活性。人们通过从植物和微生物中直接分离提取的方式获得了大量萜类天然产物,然而随着越来越多化合物被发现,使用基于自然筛选的传统挖掘方式很难获得新的萜类天然产物。随着基因组测序技术和合成生物学使能技术的不断发展,我们进入了基因组挖掘驱动天然产物发现的时代,萜类天然产物的挖掘也进入了“井喷式发现新阶段。针对基因组挖掘在微生物萜类天然产物发现方面的应用,本文综述了近年来使用的主要研究策略和最新研究进展,介绍了多种高效微生物底盘、基因组深度挖掘策略、人工智能与自动化平台等驱动的萜类化合物挖掘的最新研究进展,讨论了基因组挖掘萜类天然产物面临的挑战,展望了未来萜类化合物创新发现的发展趋势。通过在多种微生物中强化前体供应途径,人们打造了多个萜类化合物合成底盘,突破了异源合成萜类天然产物时“产量低和“产物难获取的瓶颈;针对萜类天然产物生物合成基因簇或萜类合酶进行深度挖掘,可以有效地解决“重复发现和“集中度低的难题;随着人工智能和自动化技术在合成生物学领域的发展和应用,萜类化合物的发现也进入了高通量智能发现时期,显著地改善了“研究通量低的现状,高效获得了大量新结构萜类天然产物。在未来,更多萜类化合物将开发成药物、进入工业化生产应用,更多萜类“暗物质会走进我们视野。