真菌能产生丰富的活性天然产物（natural products, NPs），是临床药物的重要来源，例如青霉素、洛伐他汀等。众多研究报道，真菌基因组编码的合成酶能高效催化合成结构多样的真菌NPs。

对于真菌自身而言，NPs具有调节生产者生理状态、保护生产者免受捕食者伤害、拮抗其他物种或宿主的生长等功能，以竞争稀缺的环境营养。在活性NPs高效合成的同时，包括真菌在内的微生物生产者进化出了巧妙的解毒策略来避免NPs对自身造成伤害。但是真菌NPs的高效生物合成与解毒之间的协同调控机制目前尚无报道。

2022年12月3日，澳门·新葡萄新京6663毛旭明教授联合澳门·新葡萄新京6663医学院附属第一医院赵青威教授在《Angewandte Chemie International Edition》上发表题为“Coordination of Polyketide Release and Multiple Detoxification Pathways for Tolerable Production of Fungal Mycotoxins”的研究论文，以真菌NPs aurovertins生物合成为模型，发现了一种上述的协同调控机制。

前期研究发现（图1a），真菌NPs aurovertins及其类似物的生物合成基因簇（Biosynthetic gene cluster, BGC）中的聚酮合酶（Polyketide synthase, PKS）上都缺少了负责催化产物水解释放和成环的硫酯酶（Thioesterase, TE）结构域。而基因簇内几乎都存在一个属于核转录因子2（Nuclear Transcription factor 2, NTF2）超家族的SnoaL-2蛋白。进化树分析发现（图1b），这类NTF2蛋白序列与细菌来源的聚酮/酯环化酶具有最高相似性。

图1 a. aurovertin生物合成基因簇及其类似物asteltoxin、citreoviridin生物合成基因簇

b. 相似的四个NTF2蛋白进化树分析

首先，研究通过体内外实验证明了这类真菌NTF-2蛋白是一种聚酮环化酶，能够显著提高聚酮骨架5的合成速率（图2a）。此外，研究还发现来源于asteltoxin生物合成的NTF2蛋白具有独特的信号肽，可以特异性地在体内与聚酮合酶进行共定位（图2b），从而更加高效地催化聚酮骨架的合成。图2 a.体外生化实验PKS与NTF-2蛋白共孵育与单PKS组化合物5的产量对比 

b.酿酒酵母体内PKS与NTF-2蛋白荧光共定位

研究进一步将NTF-2基因在体内进行高表达，发现终产物并没有随着前体的合成效率提高而提高产量，而是出现了一个从未发现的旁路代谢产物7，该化合物可以在体外自发转化成途径产物1以及旁路产物8-10（图3）。

图3 推测的aurovertins和asteltoxin的生物合成途径及旁路代谢途径

研究发现1对于生产菌具有较大毒性，但1的酰基化产物2和3对生产菌毒性降低。说明旁路代谢产物7的合成可以避免毒性产物1的大量积累，从而缓冲了对生产菌的毒性；同时，7在体外可以转化为1，保留了毒性产物合成的能力；此外，在正常合成情况下，酰基化酶是生产菌主要的解毒元件。

综上，研究表征了一类真菌源NTF2蛋白高效催化真菌聚酮化合物环化的功能，揭示了生产菌中一种隐秘的解毒机制（图4）。本研究也为真菌活性NPs的高效合成提供了潜在的合成生物学元件，为工业合成高价值NPs提供了理论参考。

图4 真菌NPs的高效生物合成与解毒之间的协同调控过程

文章的第一作者是澳门·新葡萄新京6663曹菲博士和浙江工业大学药学院马列峰博士。本研究受到了国家重点研发计划“合成生物学”专项，国家自然科学基金和浙江省“领雁”计划等项目资助。