Herpetopanone，一种来自Herpetosiphon aurantiacus的二萜，通过同位素标记发现

捕食性细菌Herpetosiphon aurantiacus 114-95 T的基因组包含许多生物合成基因，包括四个萜烯环化酶基因。为了识别从生物合成的萜烯H.子囊菌 114-95 Ť，我们供给的应变与13 C标记的葡萄糖，并随后搜索在其代谢特性质量偏移。该方法导致发现新的天然产物，其中同位素模式指示源自甲基赤藓糖醇磷酸酯途径的二萜。经过H. aurantiacus 114-95 T的大规模发酵，以足够的量分离推定的二萜以使得能够进行基于NMR的结构解析。该化合物，其名称为herpetopanone，具有稀有的八氢-1H-茚基骨架。Herpetopanone与来自植物的cadinane型倍半萜相似，但在细菌结构上完全是前所未有的。基于其分子结构，假定可能的生物合成途径。

关键词： 基因组挖掘; herpetopanone; Herpetosiphon ; 同位素标记; 萜

萜类化合物代表最大的天然产物组，已知有约60,000种不同的化合物。它们存在于生命的所有三个领域中并且已知可以实现各种不同的功能，例如作为膜成分，化学引诱剂或饲喂威慑物[1]。在很长一段时间内，萜类化合物主要来自植物，并且在较小程度上也来自真菌和海洋无脊椎动物。然而，近年来，从原核生物中发现萜类化合物已经获得了动力。DNA测序的简易性有利于这一发展，有助于鉴定众多细菌萜烯环化酶基因[2,3]。涉及重组酶的体外和体内方法通常都用于其功能表征[4]。然而，在解释这些分析的结果时必须小心，因为萜烯环化酶的产物通常在其天然生产者中经受酶促修饰。因此，对萜烯环化酶的独家测试可能会揭示生物合成中间体，而不是次级代谢物途径的最终产物[5,6]。为了避免这个问题，我们在这里描述了一种鉴定其天然细菌宿主中萜类化合物的方法，该方法基于同位素标记的葡萄糖的进料。

构成萜类化合物碳骨架的线性低聚丙烯基单元来自活化的异戊二烯单元的缩合，即异戊烯二磷酸酯（IPP）和二甲基烯丙基二磷酸酯（DMAPP）。后两种前体由甲羟戊酸（MEV）或甲基赤藓糖醇磷酸酯（MEP）途径合成[7]。MEV和MEP途径均来自糖酵解。根据各自的途径，单一标记葡萄糖的代谢在IPP和DMAPP中产生特征性的碳标记模式（图1）[8]。事实证明，这一特征对解开一些萜类化合物生物合成中复杂的环化级联和碳 - 碳重排非常有用[9-12]。我们预计，由此产生的质量转移在天然产物发现领域也很有价值。通过比较在存在或不存在单一标记的葡萄糖的情况下生长的培养物的离子色谱图，可能在复杂的代谢背景中鉴定萜类天然产物。

为了验证这种方法的可行性，我们选择捕食性细菌Herpetosiphon aurantiacus 114-95 T作为测试生物。该菌株能够产生多种聚酮化合物和非核糖体肽[13-15]，并且具有为这些天然产物提供特定结构单元的途径[16]。此外，基因组分析显示，H.子囊菌 114-95 Ť设有四个基因编码推定的萜环化酶，即Haur_2145，Haur_2987，Haur_2988，和Haur_4149。虽然II类环化酶Haur_2145已经与萜类O-甲基酮的产生有关[17]尚未从H. aurantiacus 114-95 T中鉴定出其他三种酶的产物。