祝贺：西湖大学张骊駻团队背靠背连发两篇大子刊！

模块化聚酮合酶(PKSs)是生物合成复杂抗生素如红霉素和雷帕霉素的多结构域流水线酶。PKSs的模块化特征使其成为通过组合生物合成定制设计聚酮化合物的理想平台。然而，工程杂交PKS途径通常表现出酶活性的严重丧失，并且PKS重编程的一般原则尚未建立。

2025年4月18日，西湖大学张骊駻团队在Nature Chemical Biology（IF=13）在线发表题为“Plug-and-play engineering of modular polyketide synthases”的研究论文，该研究提出了一个广泛适用的策略来设计混合PKSs。

研究人员揭示了两个保守基序是连接来自不同PKS途径的模块的强大切割位点，并证明了具有不同起始单元、延伸单元和可变还原状态的聚酮化合物的定制生产。此外，还扩展了这些切割位点的适用性，以构建涉及顺式-AT PKS、反式-AT PKS甚至非核糖体肽合成酶的杂交途径。总的来说，该发现使模块化PKSs的即插即用重编程成为可能，并促进了装配线酶在设计分子生物生产中的应用。

此外，2025年4月18日，西湖大学张骊駻团队在Nature Chemical Biology（IF=13）在线发表题为“Expanding catalytic versatility of modular polyketide synthases for alcohol biosynthesis”的研究论文，该研究证明了在装配线聚酮化合物合成酶上插入硫酯还原酶结构域，它可以产生末端醇基而不是典型的羧酸。研究表明，酰基载体蛋白和硫酯还原酶对的双结构域插入通常对各种聚酮化合物合酶途径的工程设计有效。作为概念的证明，通过利用聚酮化合物合成酶的模块性，实现了非天然二醇，即1，3-丁二醇和2-甲基-1，3-丁二醇的立体选择性和立体发散生物生产。该研究扩展了模块化聚酮化合物合成酶的催化多样性，并为设计醇的生物合成铺平了道路。

模块化PKSs是多结构域巨型酶，催化许多聚酮化合物天然产物的碳骨架构建。如红霉素生物合成所示，PKSs以流水线方式安装复杂的、通常具有生物活性的聚酮化合物的各种功能基团和立体中心。这种有序的单向生物合成在PKSs中排列的每个结构域进行，在它们的结构域结构和所得的聚酮化合物结构之间建立了强共线性。因此，装配线PKSs的合理重编程已被广泛研究，目标是实现设计生物合成的杂交PKS途径的即插即用构建，但这种尝试受到酶活性严重下降和频繁丧失的阻碍。

PKSs由多个模块组成，每个模块包含一组合作结构域以完成一个链延伸循环。在它们的生物合成过程中，酰基转移酶(AT)结构域催化丙二酰基或甲基丙二酰基构件装载到酰基载体蛋白(ACP)上，然后在酮合酶(KS)结构域催化下经历脱羧克莱森缩合，完成两个碳的延伸。β-加工结构域，包括酮还原酶(KR)、脱水酶(DH)和烯酰还原酶(ER)，通过它们的结合来修饰延长的β-酮中间体，从而引入结构变异。在合成结束时，催化水解或大环化的硫酯酶(TE)结构域释放完全延伸的聚酮化合物链。

利用venemycin PKS途径的杂交PKS设计和产物形成的体外评估

（图源自Nature Chemical Biology）

PKS模块的定义，传统上被认为是从KS到ACP，长期以来为PKSs的模块化重编程提供了理论框架。然而，最近对PKS的进化分析显示，KS和它的上游ACP，以及β-加工结构域，在自然模块重组过程中共同整合，这导致了“更新的模块定义”或“交换单位”的建议，从AT开始，以KS结束。KS和AT之间的新边界的有效性已经在几个PKS途径的重编程中得到证实，显示出比使用ACP与KS之间的传统边界的工程更好的酶活性。

在这项研究中，研究人员提出了一种构建杂交PKS途径的一般方法，该方法保持了PKS杂交酶的稳定性和催化效率。位于后AT接头的RYWL基序和位于ACP螺旋0区的RL基序是连接不同途径的PKS模块的有效连接点。此外，还证实了其在构建包含顺式-AT PKSs、反式-AT PKSs甚至非核糖体肽合成酶(NRPSs)的杂合途径中的应用。这些发现为PKS重编程建立了可推广的工程原理，并为流水线酶的即插即用工程铺平了道路。

参考信息：

https://www.nature.com/articles/s41589-025-01878-4#Sec18

https://www.nature.com/articles/s41589-025-01883-7#Sec22