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遇见/摘要
近期，浙江工业大学海洋药物团队王鸿教授组与海洋二所许学伟研究员组合作系统分析了10,121个代表性细菌的次级代谢产物生物合成基因簇(BGC)的分布情况，为新型天然产物的定向发现提供了索引关键信息, 相关成果发表在微生物学国际权威期刊Environ. Microbiol. （https://doi.org/10.1111/1462-2920.15761）, 第一作者为王鸿教授组的青年教师魏斌和在读硕士研究生杜奥琪，浙工大王鸿教授和海洋二所许学伟研究员为共同通讯作者。图片 图片
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遇见/内容
天然产物由于其结构新颖、生理活性广泛等特点，一直是新药研发的重要来源。微生物是天然产物的主要来源之一，已产生超过23,000种活性化合物，其中32%由细菌产生, 而细菌产生的次级代谢产物中75%来自链霉菌属(Streptomyces)。因此，一直以来，研究者对链霉菌的次级代谢产物给予了极大的关注。然而，是否存在其他的细菌菌属也具有与链霉菌属相当的产生次级代谢产物的潜力尚不清楚。此外，一个系统的描述细菌的次级代谢合成潜力的图谱也未见报道。
浙江工业大学海洋药物团队长期致力于天然产物的合成与发现研究，特别聚焦于海洋微生物天然产物的研究与新药发现，近两年团队相关研究成果发表在Nat. Prod. Rep., Chem. Sci., Angew. Chem. Int. Ed., Eur. J. Med. Chem.等学术期刊上（详见课题组网站http://www.marinedrug.zjut.edu.cn）。国外学者Michael A. Skinnider等在Nat. Commun.（2020（11）：6058）上发布了更新的基因组分析工具PRISM 4，并用其分析了68个门的10,121株细菌的基因组数据, 评估了它们的次级代谢潜力。王鸿教授组利用Python对这10,121株细菌的PRISM 4结果文件中的BGC组成，数量和类型等信息进行了提取和统计。发现其中的5743株菌(占总数的56.7%)含有1个以上的BGC，这些基因组中共有18,043个BGC。其中74.5%的BGC含有3个以上的结构域，80.9%的BGC长度大于5 Kb，这些结果表明大部分BGC具有多种功能结构单元，但其完整性还需要实验验证。此外，在这18,043个BGC中NRPS (25.4%)和PKS (15.9%)占比最高。研究人员绘制了这10,121株细菌的次级代谢产物BGC索引图（图1），以反映它们的进化关系和次级代谢产物BGC的分布情况, 可以发现resorcinol (clade 1), aryl-polyene (clade 2), and phosphonate (clade 3)基因簇在某些变形杆菌中更为丰富，auto inducing peptide基因簇主要分布在一小部分厚壁菌门 (clade 4)中, 这些结果为部分天然产物的定向发现提供了关键信息。
图1. 10,121株细菌的次级代谢产物BGC索引图
统计10,121株菌在属水平的BGC数量，发现Kutzneria、Kibdelosporangium、Moorea、Saccharothrix、Cystobacter、Archangium、Actinosynnema、Kitasatospora、Nocardia、Alloactinosynnema这10个属的BGC平均数大于链霉菌属，进一步从NCBI中获取这10属102个菌属基因组，分析验证了BGC总数、NRPS和PKS等核心基因簇数量上都不低于链霉菌属, 证明它们产生天然产物的潜力不低于链霉菌(图2)。
图2. 10个菌属的基因组中不同类型BGC的数量
研究人员最终绘制了BGC总数最多的10个属201个细菌的基因编码分子生物合成基因簇索引图（图3），该研究可以非常直观的指导科研工作者对这10属细菌新型天然产物的发现及其生物合成进行研究。
图3. 10个属201个细菌的基因编码分子生物合成基因簇索引图
本研究得到了国家重点研发计划、国家自然科学基金项目和浙江省"万人计划"科技创新领军人才计划等项目的支持。
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遇见/总结
本研究绘制了一张细菌次生代谢产物BGC索引图， 描述了10,121株细菌中BGC的分布情况，进一步分析验证了Kutzneria、Kibdelosporangium、Moorea、Saccharothrix、Cystobacter、Archangium、Actinosynnema、Kitasatospora和Nocardia菌属也可能是天然产物的重要来源，值得优先研究。通过对这些属内BGC的比较分析，发现它们具有丰富的次级代谢产物多样性和新颖性。该研究为有针对性地发现细菌中新型天然产物结构提供了大量的关键信息。
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遇见/导师
王鸿教授，浙江工业大学海洋药物团队负责人，浙江省"万人计划"科技创新领军人才入选者，中国药学会海洋药物专委会委员，中国药理学会海洋药物药理专委会委员。团队长期招聘全职博士后和企业博士后，待遇详见课题组网站招聘信息（http://www.marinedrug.zjut.edu.cn），有意者请将应聘材料发至邮箱hongw@zjut.edu.cn。
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