碳烯化学建在微生物生物合成的代谢在第一

常见合成有机化学反应已经被完全集成到一个微生物,扩大范围可能是生物合成的有机产品。概念验证工作,整合carbene-transfer反应的代谢链霉菌属细菌,演示了一个可伸缩的可能性自然和new-to-nature产品微生物生物合成的平台。

生物合成提供了一个环境友好型和可持续的方式使许多自然,以及new-to-nature产品。但许多反应,可用于有机化学家——包括carbene-transfer反应——不自然地由生物体。

Carbene-transfer反应涉及的前体,如叠氮化或重氮复合,失去生成碳烯-二价的氮原子取代基碳原子有两个。碳烯可以与化学反应,如烯烃、有效转移碳环丙烷等新分子,而越来越多地融入活性化合物的药用价值。

近年来,研究人员已经表明,碳烯转移催化了工程近年,可以执行在细胞和用于生物合成。但是没有办法使碳烯和烯烃的生物试剂,这些必须被添加到细胞,扩大成本太高,限制了基质,可以使用。尽管人造生物合成途径生成烯烃的组件大肠杆菌已经通过约翰·哈特的实验室在加州大学伯克利分校和合作者,催化剂和碳烯前体仍然必须补充道。

现在,Hartwig,加上杰科斯林的集团在加州大学伯克利分校Aindrila Mukhopadhyay在劳伦斯伯克利国家实验室,和他们的同事们完全集成carbene-transfer化学的新陈代谢链霉菌属白色生成所需的每个组件——碳烯前体,烯烃和催化剂,为整个合成途径从葡萄糖到不自然的环丙烷。

“将有机金属化学纳入生物合成一直是我的一个长期梦想,它出现了,“Hartwig说。当然,更需要做这样的生物合成实用,但是我们都使它发生,由一个极好的博士后和研究生黄精和安德鲁•追求和受到许多的合作者。”

微生物突变

首先,研究人员开始确定一种天然产品,可以作为生物相容性碳烯前体。在体外实验中确定了氨基酸重氮乙酰丝氨酸,展示了接受碳烯转移cyclopropanate烯烃苯乙烯。然后团队寻找重氮乙酰丝氨酸生物合成途径的深入研究两种微生物的基因组序列已知的自然。基因簇认为克隆,然后集成到负责美国阿不思·。

与美国阿不思·作为一个合适的主机和能够使碳烯前体,团队转向找到一个催化剂。知道几种细胞色素P450酶及其突变体之前由碳烯催化摘要转移,研究人员使用大肠杆菌表达的酶的编码基因筛选他们对重氮乙酰丝氨酸与苯乙烯的反应活动。团队到达细胞色素P450自然热spring-dwelling微生物中发现的。这个最高的活动,然后用五轮设计的进化来提高它的性能,产生温和的环丙烷的产量。

最后,反应的烯烃组分,苯乙烯,然后纳入阿不思·。苯乙烯以前建立的生物合成途径大肠杆菌,而不是一种真菌链霉菌属。要做到这一点,研究人员集成所需的基因通路azaserine-producing的基因组美国阿不思·压力。总之,最后的设计美国阿不思·所有反应的组件被证明biosynthesise carbene-transfer反应,产生不自然的环丙烷。

“这一个非常优雅的作品,”评论保罗比赛英国布里斯托尔大学研究生物合成。建立生物合成途径的重氮酯碳烯前体是一个令人印象深刻的结果。然而,随后的婚姻的这个工程P450 cyclopropanate一个细胞内目标化合物是向前迈出的重要一步,有效地释放“非天然的代谢过程。

鲁迪Fasan罗彻斯特大学的研究chemo-biosynthetic策略,我们也同样令人印象深刻。的组合生物合成途径的可能性diazo-containing代谢物的生产工程微生物菌株是一个令人兴奋的进步,”他说。的新例子这些罕见但非常有趣的自然产品和生物合成途径中发现自然,可以设想一个重要的应用这种方法对扩大范围获得的有趣的分子生物制造与定制的微生物。