生合成酵素の特性評価のための異種宿主の効果的な使用は、天然産物の生産を可能にし、新しい天然産物の発見を促進することを可能にします

過去数年間で、遺伝的、分子生物学的および生化学的技術を使用して達成されたさまざまな天然産物の生合成のメカニズムを解明することには、印象的な進歩がありました。ここでは、非リボソームペプチド合成酵素とポリケチド合成酵素 - ノンリボソームペプチド合成酵素ハイブリッドシンテターゼを含む真菌天然産物生合成酵素に関する研究の現在の結果の包括的な概要を示します。具体的には、次の化合物の生合成について詳しく説明します。（i）Sch210972、野生型菌の標的遺伝子破壊によって特定された機能的に未知のタンパク質であるCGHAによって触媒される可能性のあるディールスアルダー反応を潜在的に含む。（ii）3つのレドックス酵素、1つのフラビン含有モノオキシゲナーゼと2つのシトクロムP450オキシゲナーゼによって触媒される多段階酸化を介して形成されたカエトグロボシンA。（iii）（ - ） - シトクロムP450によって形成されたジトリプトフェナリンは、ジケトピペラジンアルカロイドの生合成の二量体化メカニズムを明らかにします。（iv）c-およびoメチル化の変動と酸化の程度は、複数の酸化還元酵素によって組み合わせて導入されます。（v）スピロトリプロスタチン。スピロ炭素部分は、アスペルギルスナイジェの生合成中間体と最終生成物の異種de novo産生によって決定されるように、フラビン含有モノオキシゲナーゼまたはシトクロムP450によって形成されます。私たちは、新しい天然物の発見、それらの類似物の生産、および私たちの研究における生合成メカニズムの識別を促進したいくつかの重要な技術を要約することにより、議論を閉じます。

In the past few years, there has been impressive progress in elucidating the mechanism of biosynthesis of various natural products accomplished through the use of genetic, molecular biological and biochemical techniques. Here, we present a comprehensive overview of the current results from our studies on fungal natural product biosynthetic enzymes, including nonribosomal peptide synthetase and polyketide synthase-nonribosomal peptide synthetase hybrid synthetase, as well as auxiliary enzymes, such as methyltransferases and oxygenases. Specifically, biosynthesis of the following compounds is described in detail: (i) Sch210972, potentially involving a Diels-Alder reaction that may be catalyzed by CghA, a functionally unknown protein identified by targeted gene disruption in the wild type fungus; (ii) chaetoglobosin A, formed via multi-step oxidations catalyzed by three redox enzymes, one flavin-containing monooxygenase and two cytochrome P450 oxygenases as characterized by in vivo biotransformation of relevant intermediates in our engineered Saccharomyces cerevisiae; (iii) (-)-ditryptophenaline, formed by a cytochrome P450, revealing the dimerization mechanism for the biosynthesis of diketopiperazine alkaloids; (iv) pseurotins, whose variations in the C- and O-methylations and the degree of oxidation are introduced combinatorially by multiple redox enzymes; and (v) spirotryprostatins, whose spiro-carbon moiety is formed by a flavin-containing monooxygenase or a cytochrome P450 as determined by heterologous de novo production of the biosynthetic intermediates and final products in Aspergillus niger. We close our discussion by summarizing some of the key techniques that have facilitated the discovery of new natural products, production of their analogs and identification of biosynthetic mechanisms in our study.