Identification of the cirratiomycin biosynthesis gene cluster in Streptomyces cirratus: elucidation of the biosynthetic pathways for 2,3‐diaminobutyric acid and hydroxymethylserine

非核糖体肽 基因簇 生物合成 丝氨酸 丝氨酸羟甲基转移酶 腺苷酸化 生物化学 生物 链霉菌 氨基酸 异源表达 基因 立体化学 化学 重组DNA 遗传学 细菌
作者
Shunki Sakata,Jiafeng Li,Yoko Yasuno,Tetsuro Shinada,Kazuo Shin‐ya,Yohei Katsuyama,Yasuo Ohnishi
出处
期刊:Chemistry: A European Journal [Wiley]
标识
DOI:10.1002/chem.202400271
摘要

Cirratiomycin, a heptapeptide with antibacterial activity, was isolated and characterized in 1981; however, its biosynthetic pathway has not been elucidated. It contains several interesting nonproteinogenic amino acids, such as (2S,3S)‐2,3‐diaminobutyric acid ((2S,3S)‐DABA) and α‐(hydroxymethyl)serine, as building blocks. Here, we report the identification of a cirratiomycin biosynthetic gene cluster in Streptomyces cirratus. Bioinformatic analysis revealed that several Streptomyces viridifaciens and Kitasatospora aureofaciens strains also have this cluster. One S. viridifaciens strain was confirmed to produce cirratiomycin. The biosynthetic gene cluster was shown to be responsible for cirratiomycin biosynthesis in S. cirratus in a gene inactivation experiment using CRISPR‐cBEST. Interestingly, this cluster encodes a nonribosomal peptide synthetase (NRPS) composed of 12 proteins, including those with an unusual domain organization: a stand‐alone adenylation domain, two stand‐alone condensation domains, two type II thioesterases, and two NRPS modules that have no adenylation domain. Using heterologous expression and in vitro analysis of recombinant enzymes, we revealed the biosynthetic pathway of (2S,3S)‐DABA: (2S,3S)‐DABA is synthesized from l‐threonine by four enzymes, CirR, CirS, CirQ, and CirB. In addition, CirH, a glycine/serine hydroxymethyltransferase homolog, was shown to synthesize α‐(hydroxymethyl)serine from d‐serine in vitro. These findings broaden our knowledge of nonproteinogenic amino acid biosynthesis.
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