近日，微生物代谢全国重点实验室邓子新院士团队丁伟课题组和江西师范大学张琪课题组联合在 《JACS Au》 发表了题为 “Sulfation in the Biosynthesis of the Heptadecaglycoside Antibiotic Saccharomicin A” 的研究论文。该研究成功鉴定了寡糖抗生素“糖霉素A”生物合成中的关键硫酸转移酶Sam10，并阐明了PAPS供体供应相关酶Sam35的重要作用，为开发抗耐药菌的新型抗生素提供了重要的酶学工具与理论基础。上海交通大学曹阳为论文第一作者，丁伟副教授和江西师范大学张琪教授为论文通讯作者，微生物代谢全国重点实验室为第一通讯单位。

糖基化天然产物是抗生素等重要药物分子的关键来源，其复杂糖链结构和多样化后修饰往往与分子的识别、稳定性及生物活性密切相关。硫酸化是糖生物学中广泛存在的重要修饰形式，但在复杂寡糖抗生素中，其酶学机制和生物学意义仍缺乏系统认识。糖霉素A是由稀有放线菌 Saccharothrix espanaensis 产生的一类寡糖抗生素，其分子中含有由17个脱氧糖组成的超长糖链，且在连接区域的1号岩藻糖残基上携带特殊的硫酸化修饰。长期以来，这一硫酸基团如何被精准安装，以及它对药效有何影响，一直是未解之谜。

图1.Saccharomicin A的基因簇和结构

研究团队从基因簇出发，锁定了潜在硫酸转移酶基因sam10。通过基因敲除与回补实验，并结合液质联用、核磁共振等技术，研究人员发现，缺失sam10后，正常的硫酸化糖霉素A产物完全消失，菌株转而积累去硫酸化的衍生物；而在回补sam10后，糖霉素A的生物合成得以恢复。进一步的结构鉴定与体外酶学重构证实，Sam10能够特异性识别已嵌入寡糖链中的岩藻糖残基，并精准催化其C2羟基的硫酸化。值得注意的是，Sam10并不修饰游离单糖，而是依赖于复杂糖链的整体结构进行底物识别。

图2.体内实验确定sam10为硫酸转移酶

为揭示Sam10的分子识别机制，研究人员解析了同源蛋白Stam10的晶体结构。结果显示，该酶具有典型的硫酸转移酶折叠结构，内部存在一个狭长的底物结合通道，能将Fuc-1的C2羟基精准定位到PAPS硫酰基附近，从而实现高度位点选择性的修饰。

图3.Stam10催化活性的结构基础

此外，研究团队还鉴定了基因簇中的关键激酶Sam35。硫酸化反应需要PAPS作为通用硫酸基供体，而Sam35能高效催化APS转化为PAPS。实验证明，Sam35具有极高的底物亲和力和催化效率，其存在显著提升了细胞内硫酸基供体的水平，进而增强了糖霉素A的产量。

研究团队系统比较了糖霉素A及其衍生物的抗菌活性。结果表明，糖霉素类化合物对金黄色葡萄球菌、大肠杆菌、铜绿假单胞菌等多种革兰氏阳性及阴性菌均表现出强效抑菌作用，且对临床来源的碳青霉烯耐药肺炎克雷伯菌仍保持较高活性。对比实验进一步揭示，硫酸化修饰能够显著增强糖霉素类化合物的抗菌活性，而完整的复杂糖链结构也是维持最佳活性的关键因素。

表1.化合物1-4对特定革兰氏阴性菌和阳性菌的最小抑菌浓度

该研究精确解析了糖霉素A硫酸化修饰的生物合成逻辑，系统建立了从基因、酶学、结构到生物活性的完整证据链，拓展了人们对糖基化天然产物后修饰机制的认识。Sam10作为新型寡糖底物特异性硫酸转移酶，能够在复杂天然产物骨架中实现精准硫酸化；Sam35则通过提高PAPS供体供应增强硫酸化代谢通量。这两者的发现，为未来利用合成生物学策略构建结构多样化的硫酸化寡糖天然产物，以及开发面向多重耐药菌感染的新型抗生素开辟了全新方向。

该研究工作得到了国家重点研发计划（2021YFA0910501）和国家自然科学基金（22477049、32270070、U22A20451）等项目的支持。

论文链接：

https://pubs.acs.org/doi/10.1021/jacsau.6c00414