近日，应英国皇家化学会旗下国际著名期刊《天然产物报告（Natural Product Reports）》的邀请，生物所微生物智能设计与合成创新团队和芬兰国家技术研究中心合作发表了题为《真菌非核糖体肽生物合成途径工程化改造》的综述文章，全面总结了十余年来该领域的主要进展、瓶颈问题和优先发展方向。

真菌合成的非核糖体肽类次级代谢产物是医用和农用药物的重要来源，如青霉素、头孢菌素、棘白菌素和PF1022A等，在抗菌和杀虫等方面发挥着重要的作用。与细菌相比，真菌非核糖体肽生物合成途径的工程研究目前仍处于起步阶段，其原因不仅受限于对真菌非核糖体肽合成酶（NRPS ）的潜在生物合成机制了解不足，而且还受限于工程化操纵巨型真菌多模块NRPS 基因的难度。

文章系统总结了当前真菌非核糖体肽生物合成途径4种工程化改造的方法：1）原菌激活和异源表达；2）前体导向的生物合成和突变合成；3）组合生物合成和酶工程；4）体外生物合成和化学酶合成。接着分别对寡聚环缩肽、环肽和环缩肽、聚酮-非核糖体肽杂合分子以及类非核糖体肽合酶参与生物合成途径的工程化改造进行了总结。目前，真菌NRPS生物合成机制与工程化改造领域中研究最为深入的是生物防治真菌合成的杀虫寡聚环缩肽如白僵菌素、白僵菌环四肽、恩镰霉素、PF1022类环缩肽的合成酶。通过改造这些NRPS来合成新骨架和新活性产物显示了巨大潜力，也为其他类型真菌NRPS的研究提供了范式。然而，受限于大多数真菌巨型NRPS（大于数百甚至上千kDa）异源表达的技术瓶颈，多于三个模块的NRPS的改造鲜有报道，如抗真菌药物棘白菌素等的生物合成改造仍局限于前体导向的生物合成、修饰酶敲除等方法。文章进一步分析了理论与现有方法存在的差距，特别是和原核非核糖体肽合成途径工程化改造之间的差距，深入讨论了当前该领域的局限性和优先发展的方向，对未来工程策略的升级提供了建设性的建议。

张礼文博士和王辰博士为共同第一作者，徐玉泉研究员和Molnár教授为本文通讯作者，该研究得到国家自然科学基金和中国农业科学院创新工程等项目的资助。

图注：真菌非核糖体肽工程化改造的四种主要方法

文章链接：https://pubs.rsc.org/en/content/articlelanding/2022/np/d2np00036a