- 项目背景与研究现状
- 粘细菌
黏细菌为革兰阴性、单细胞细菌，是自然界中存量较大的一类微生物资源。黏细菌的营养细胞呈杆状，细胞长度一般为3 ～ 6 mu;m，直径约为0.7 ～ 1.0 mu;m。黏细菌的系统发生地位属于变形杆菌（Proteobacteria） ，目前已确认的黏细菌包含17 个属。
黏细菌具有两个非常突出的特点：第一个特点是它可以滑动，菌落可发展成薄的、扩展的群落（swarm），在饥饿的条件下，群落内的细胞开始聚集堆积形成多细胞的子实体，该特点使黏细菌成为研究原核生物多细胞行为和形态发生的重要模式材料；第二个特点是黏细菌可以产生丰富的生物活性物质，这些物质不但结构新颖而且具有其他微生物的代谢物所不具备的活性作用机制。
在过去的几十年中，黏细菌产生的酶（如限制性内切酶、特殊蛋白酶、纤维素酶等）、糖肽（如抗血凝素）、次级代谢产物（如抗生素、抑制剂）等表现出了一定的应用潜力。目前最
有应用价值的是其次级代谢产物。 黏细菌次级代谢产物大约确证了100 种基本结构和600 种结构类似物，并研究了这些代谢物的化学性质。纤维堆囊菌是黏细菌中产生活性次级代谢产物最多的一个属，埃博霉素是由纤维堆囊菌属菌株产生的最具代表性的次级代谢产物。
- 埃博霉素
埃博霉素（epothilone） 由德国原国家生物技术中心(GBF) 的G.Houml;fle 等首次报道，Epothilones 一词便是根据其大环内酯类化合物结构中的环氧（epoxide） 噻唑（thiazole）和酮（ketone）而来的。以微管为作用靶点的有丝分裂抑制剂是颇为有效的抗癌药物，多年来人们从紫杉、黏细菌、海绵、软珊瑚等天然材料中陆续筛选到了作用于微管的多种有丝分裂抑制剂。如微管解聚抑制剂紫杉醇、埃博霉素类化合物伊沙匹隆（IxempraTM）和微管聚合抑制剂长春花碱等都已有较好的应用，市场空间广阔。
虽然埃博霉素具有和紫杉醇同样的作用机制， 两者在beta; - 微管蛋白表面具有广泛重合的接合位点，但是电子结晶学（EC）获得的两种药物分子重合的结合模型说明了埃博霉素噻唑环基团伸入了微管蛋白上紫杉醇没有占用的区域 ；临床前试验表明埃博霉素具有相对较广的抑瘤谱，一般情况下比紫杉醇抑制肿瘤细胞能力高5 ～ 25 倍。美国NIH 的一项研究表明，Epothilones 有显著选择性的抗乳腺肿瘤细胞与结肠肿瘤细胞的活性。对巨嗜细胞的测试表明，埃博霉素不像紫杉醇那样产生细胞内毒素活性 ；Epothilones 是一种更不易受P - 糖蛋白作用的物质，对P - 糖蛋白表达型的多重耐药肿瘤细胞和耐紫杉醇的肿瘤细胞均表现强大的细胞毒活性，其离体抑制的效果比紫杉醇强2000 ～ 5000 倍；埃博霉素具有较紫杉醇简单的化学结构和良好的水溶性。
目前， 发酵法生产埃博霉素的研究主要集中在两个方面：一是通过多种育种手段对埃博霉素的原始产生菌纤维堆囊菌进行改良，以高产埃博霉素；二是通过基因工程手段将埃博霉素的合成基因导入其他宿主菌中进行表达。另外， 埃博霉素的发酵过程调控以及下游提取技术也有较快的研究进展。
- 研究现状
埃博霉素的生物合成路线已得到详尽的阐释，包括起始单元噻唑环的形成、聚酮链的延伸和终止、C-甲基化和PKS后修饰等。在装配线N端的EPOSA编码加载模块，负责起始单元的加工和获得，它与EPOSP编码的NRPS模块共同催化乙酰基和半胱氨酸缩合形成特殊的起始单元2-甲基噻唑环，EPOSB-EPOSE编码的PKS模块则负责聚酮链延伸然后形成16元环的碳骨架，P450氧化酶的作用使12C-13C之间形成环氧环。EPOSE编码的PKS 模块末端存在硫酯酶，具有卸载活性，以线性、环状或者支链的形式释放产物。埃博霉素的加工从起始模块开始，各模块内的结构域依模块顺序，形成顺驰接龙式装配线，直到硫酯酶释放并生产完整的16元环内酯epothilone A 或B。紧邻基因簇下游的P450氧化酶催化epothilone A 或B 转化为epothilone C 或D。
针对埃博霉素生物合成的改造，目前国际上主要有两种思路：一是通过菌株驯化及发酵条件优化提高本源产生菌中埃博霉素的产量；二是鉴于本源菌纤维堆囊菌的遗传操作的困难性，将埃博霉素基因簇进行异源表达。然而，在本源菌中对基因簇本身的研究和遗传改造十分困难，至今尚没有文献报道。因此，将基因簇转到易于操作且生长快速的异源宿主中成为新的突破口，一方面利用异源宿主成熟的遗传操作平台进行基因簇的遗传改造和突变筛选，另一方面为寻求廉价的药物生产和新药开发带来潜能。
