合成生物催化剂，摘自：https://www.science.org/doi/10.1126/science.abj6749

与金属结合的天然产物可以协助微生物获取金属离子以维持生存和发挥毒力。萤甲胞菌素C(Fluopsin C)是一种有效的含铜抗生素和细胞毒剂，可抑制多种病原菌的生长，50多年前首次从环境中假单胞菌属和链霉菌属菌株中分离，但其生物合成途径尚未阐明。近日，美国北卡罗莱纳大学Bo Li等鉴定了铜绿假单胞菌中萤甲胞菌素C的生物合成机制，文章发表于Science题为：Biosynthesis of fluopsin C, a copper-containing antibiotic from Pseudomonas aeruginosa。

研究者选择可耐受高铜离子浓度的铜绿假单胞菌PAO1作为研究对象，通过转录组分析确定了操纵子PA3515-PA3519(flc 操纵子)的表达是高水平铜胁迫下高度上调的基因簇，铜绿假单胞菌通过铜响应调节因子CueR调控铜浓度并保持无自身毒性，copZ1编码铜伴侣蛋白，PA3521-PA3523作为外排泵，操纵子PA3515-PA3519分别编码FlcA-E五种功能未知的蛋白质，推测为一种甲基转移酶、两种腺苷酸琥珀酸裂解酶和两种含有血红素加氧酶结构域的酶。为确定PA3515-PA3519在萤甲胞菌素中的合成作用，作者在缺乏同源基因的异源宿主荧光假单胞菌SBW25的lacUV5启动子下表达了该操纵子，并证实了flc 操纵子可产萤甲胞菌素C。

萤甲胞菌素C的结构与其他金属结合天然产物的结构相似度不大，相比之下，萤甲胞菌 C中的硫代羟基是最小的，只包含5个非氢原子。为了确定萤甲胞菌素C的第一个生物合成步骤，研究者在大肠杆菌中过表达了每个Flc蛋白，并用LC-HRMS分析了相应菌株的代谢组。结果表明属于腺苷酸琥珀酸裂解酶超家族的FlcB催化L-半胱氨酸与富马酸盐生成2（图C）。铁依赖性酶FlcE与2孵育产生3，表明FlcE催化氧化脱羧和N-羟基化反应，含血红素加氧酶结构域的FlcD催化3生成4，通过将4的结构与萤甲胞菌素C的结构进行比较，研究者推测推定的甲基转移酶FlcA和裂解酶FlcC分别催化N-甲基化和裂解硫代异羟肟酸盐反应，结果表明FlcC催化4生成5和富马酸盐。FlcC、FlcA、SAM和铜离子共同孵育可生成萤甲胞菌素C，表明FlcA为甲基转移酶。最终，研究者将L-半胱氨酸、富马酸盐、铜离子和五种Flc酶及其辅因子一起反应，以87%的产率生成萤甲胞菌素C。

综上所述，研究者首次阐明了金属结合天然产物萤甲胞菌素C的合成机制，表征了相关酶的具体功能和反应通路，丰富了与金属结合的天然产物相关认识，为萤甲胞菌素C的生产提供了思路。

（石国龙 摘译）