关键词：螺环四酮类聚酮、内酯型 PA-46101s、Baeyer-Villiger 单加氧酶、溶藻弧菌

Elucidating the Biosynthetic Pathway of Lactone-Type Spirotetronate Polyketide PA-46101s with Inhibitory Activities against Aquatic Pathogenic Bacteria

J. Agric. Food Chem. 2026, 74, 17, 13634–13643

https://doi.org/10.1021/acs.jafc.5c16909

一、研究背景  

螺环四酮类聚酮是一类具有显著抗菌活性的微生物来源抗生素，其结构特征为含环己烯环的大环骨架，通过螺环与四酮酸和/或十氢化萘环相连。其中，PA-46101s因大环骨架额外含内酯结构而具有独特性，但其生物合成途径尚未阐明。同时，水产养殖中由爱德华氏菌、溶藻弧菌等病原菌引发的病害问题日益突出，开发新型天然抑菌剂具有重要应用价值。  

二、材料设计与合成机制  

本研究从链霉菌中鉴定出PA-46101s的生物合成基因簇（pa BGC），并通过转录调控分析、基因敲除实验与中间体表征，揭示了其合成机制：  

1. 核心骨架构建：Ⅰ型聚酮合酶（PKS）逐步合成线性聚酮链，经Diels-Alder环化反应形成螺环四酮母核。  

2. 内酯环形成：首次发现Baeyer-Villiger单加氧酶PaE1催化的内酯化反应，为螺环四酮类天然产物的结构修饰提供了新靶点。  

3. 后修饰过程：糖基转移酶、酰基转移酶与甲基转移酶协同作用，完成糖基化、酰化和甲基化修饰，生成PA-46101s的多种衍生物。

三、核心特性与活性表现  

1. 合成调控与产量优化  

A. 通过过表达LuxR家族转录调控因子，实现PA-46101s产量约15倍提升，为后续结构改造提供充足原料基础。  

B. 基因敲除实验明确了糖基转移酶的修饰顺序，解析了糖链结构对活性的影响机制。  

2. 抑菌活性评价  

PA-46101s及其衍生物对水生病原菌爱德华氏菌（Edwardsiella piscicida）和溶藻弧菌（Vibrio alginolyticus）表现出显著抑制活性，展现出良好的水产病害防控潜力。  

四、应用场景与创新价值  

本研究首次阐明内酯型螺环四酮类聚酮的生物合成途径，发现新的内酯化关键基因，为通过组合生物学手段实现PA-46101s的结构多样化改造奠定基础。同时，其对水生病原菌的高效抑制活性，为水产养殖新型天然抗菌剂的开发提供了重要的先导化合物与理论依据。  

五、总结与展望  

本研究系统解析了PA-46101s的生物合成途径，揭示其独特的内酯化修饰机制，并验证了其水产抑菌活性。未来可通过定向改造生物合成基因簇，优化其抑菌活性与成药性，推动其在水产养殖病害防控领域的应用转化。

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