近日，国际期刊《ACS Catalysis》发表了我室白林泉课题组的研究成果“Structural and Mechanistic Insights into Chain Release of the Polyene PKS Thioesterase Domain”。该课题组深入解析了多烯类抗生素聚酮合酶硫酯酶结构域的结构生物学和聚酮链释放机制，通过硫酯酶定点突变提高了非天然脱羧甲基匹马霉素衍生物的产量。博士生周于聪为该论文第一作者，白林泉教授、郑舰艇研究员和赵一雷教授为共同通讯作者。

聚酮类化合物（Polyketides，PKs）是活性天然产物的重要来源。自上世纪80年代以来，打破基因簇和菌株界限的组合生物合成策略产生了数以万计的新结构、新活性衍生物。然而，其生物合成途径上游中间体的结构改变，往往会引起下游催化酶效率下降，致使衍生物产量降低，难以满足后续临床试验和大规模生产的需求。因此，阐明生物合成关键酶催化的结构生物学机制，优化酶的定向设计与合成生物学途径，对提高其结合新结构底物的催化效率，大量积累目标产物具有重要意义。多烯类抗生素作为大环内酯类天然产物，具有良好的抗真菌活性，同时也具有一定的溶血毒性和肝肾毒性。而其中的脱羧-甲基多烯衍生物具有显著降低的溶血毒性，但其产量偏低，可能与PKs末端硫酯酶结构域TE对脱羧-甲基中间体的催化效率下降相关。

本研究通过多烯硫酯酶Pim TE定点突变和化学衍生等方法首次解析了多烯聚酮硫酯酶和26元大环内酯的复合物结构，丰富了聚酮合酶催化机制的研究；结合结构生物学和计算模拟，也首次在体内通过硫酯酶改造提升了脱羧甲基匹马霉素衍生物的产量，实现了多烯聚酮链和硫酯酶结构域的互动设计，为其他I型聚酮结构的改造和高产提供了借鉴。本研究展现了代谢工程、生物化学、结构生物学和计算生物学交叉合作在酶学机制解析、酶定向改造和“非天然”天然产物高产中的必要性和有效性。

本研究获得国家重点研发计划项目、国家自然科学基金重点项目、上海市科委基础研究项目等支持。

论文链接：https://pubs.acs.org/doi/10.1021/acscatal.1c04991