聚酮-非核糖体肽（PK-NRP）杂合天然产物是微生物来源的重要活性分子库，其生物合成依赖聚酮合酶（PKS）与非核糖体肽合成酶（NRPS）组成的巨型多酶“装配线”。在经典途径中，缩合（C）结构域负责将聚酮链与氨基酸通过酰胺键连接，并经由迪克曼环化或还原释放，形成多样化的PK-NRP杂合分子。而在非典型途径中，特殊的末端缩合（CT）结构域可催化聚酮与氨基酸以酯键或酰胺键连接形成PK-NRP型杂合分子。然而，同一个CT结构域在同一装配线上迭代催化两种不同类型化学键形成的现象此前从未被报道。
研究团队从红树林根际真菌 Neosartorya udagawae HDN13-313中发掘出一个非典型的neo基因簇，并通过异源表达获得了一系列结构新颖的PK-NRP杂合分子（图1）。这类分子的骨架是一条线性聚酮链，其一端通过酯键与邻氨基苯甲酸（Ant）单元相连，另一端又通过酰胺键与第二个Ant（或苯甲酸）单元相连。这种“酯-酰胺”交替连接的模式，在已知真菌天然产物中极为罕见，暗示其背后隐藏着非比寻常的组装逻辑。
图1. 非典型PKS-NRPS基因簇 neo的组成及其代谢产物1–8的化学结构
团队通过基因敲除、体内喂养和体外生化实验，系统解析了这一奇特结构的装配机制。单模块NRPS酶NeoB仅含一个末端缩合结构域，却能“迭代”工作两次，依次催化两步完全不同的缩合反应：
第一轮（酯化）：CT结构域催化载体蛋白（ACP）结合态聚酮链上的羟基，攻击Ant-硫代酯，形成酯键，生成ACP-中间体；
释放：α/β水解酶NeoD特异性地将中间体从ACP上水解释放，形成游离中间体3/4；
第二轮（酰胺化）：CT结构域再次催化，但此时识别游离中间体催化氨基与第二个Ant（或苯甲酸）缩合，形成酰胺键，最终生成双Ant修饰的终产物。
图2. neo基因簇完整生物合成途径及迭代装配模型
本研究证实了同一个CT结构域在两次连续催化循环中，识别不同形态的底物，并催化不同化学键（酯 vs. 酰胺）的生成。该发现不仅拓展了对于真菌PKS-NRPS装配线催化灵活性的认知，更首次揭示了缩合结构域可通过识别不同底物形态和切换反应类型，实现“一专多能”的迭代催化。这为未来通过合成生物学手段重编程天然产物装配线、创造结构全新的杂合药物分子提供了全新的理论元件。
中国海洋大学为该论文的第一通讯单位，医药学院李德海教授为唯一通讯作者，医药学院2026届博士毕业生王子安、博士后马传腾、王文雪副教授为共同第一作者。该研究得到了国家重点研发计划、中央高校基本科研业务费、国家自然科学基金、山东省泰山学者项目及山东省自然科学基金等课题的资助。
文章链接： https://doi.org/10.1021/acscatal.6c05712
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