从完整的基因组序列中解密结核分枝杆菌的生物学

　　很少有生物产生的多种亲脂分子等结核分枝杆菌 。这些分子从简单的脂肪酸（例如棕榈酸酯和结核酸盐） ，通过类吸引力
，到非常长的链，高度复杂的分子 ，例如霉菌酸和苯酚硫代乙醇醇
，它们用霉菌酸酯化酯酸，形成菌根酸 ，形成菌根的附着
。分枝杆菌包含每个已知脂质和聚酮化合物生物合成系统的例子，包括通常在哺乳动物和植物中发现的酶以及常见的细菌系统。生物合成能力被降解
，脂肪酸氧化系统的更为明显的辐射所掩盖，总共有250种不同的酶参与结核分枝杆菌的脂肪酸代谢 ，而大肠杆菌20中只有50个 。 　　脂肪酸降解
。由于哺乳动物细胞和结核2中可用的脂质种类繁多和数量
，因此已经建议在体内生长的分枝杆菌大部分脂肪溶性，而不是脂源（图4A）。我们基因组方法发现的编码脂肪酸氧化系统组成部分的大量基因支持了这一主张 ，因为有36个酰基-COA合酶和36个相关酶的家族
，可以催化脂肪酸降解的第一步 。有21种同源酶属于酶的Enoyl-COA水合物/异构酶超家族，这些酶可以补充酰基-COA脱氢酶的新生产物。将3-羟基脂肪酸转化为3-酮脂肪酸的四种酶看起来不那么多 ，主要是因为它们很难根据一级序列将短链醇脱氢酶家族与其他短链醇脱氢酶家族区分开
。通过甲基酮酯（乙酰辅酶A C-C-c-乙酰基转移酶的硫化酯）完成周期的五种酶确实确实是一个更有限的家族。除了这种广泛的解离降解酶外
，基因组还编码规范的FADA/FADBβ-氧化复合物（RV0859和RV0860） 。对于奇数链和多重不饱和脂肪酸的代谢而存在辅助活动
。 　　脂肪酸生物合成。至少两种离散类型的酶系统，脂肪酸合酶（FAS）I和FAS II参与分枝杆菌中的脂肪酸生物合成（图4B） 。FAS I（RV2524 ，FAS）是一种单个多肽
，具有多种催化活性，可从乙酰-COA引物5产生几个较短的COA酯5 ，并且可能会创建所有其他所有其他脂肪酸和Polyketide Systems伸长的前体
。FAS II由可分离的酶成分组成，该酶成分作用于与酰基载体蛋白（ACP）结合的底物。FAS II无法从头脂肪酸合成
，而是将棕榈酰-ACP延长至长度为17,21的24至56碳酸的脂肪酸 。FAS II的几个不同组成部分可能是重要的结核病药物异念珠菌的靶标，包括Enoyl-ACP还原酶INHA22 ，Ketoacyl-ACP合酶KASA和ACP ACPM21
。对基因组的分析表明
，只有三个潜在的酮酰基合酶：KASA和KASB高度相关，其基因与ACPM群群集 ，而KASC是酮酰基合酶III系统的更遥远的同源物。酮酰基合酶和ACP基因的数量表明有一个FAS II系统 。它的遗传组织具有两个聚集的酮酰基合酶
，类似于II型芳族聚酮化合物生物合成基因簇，例如链霉菌物种中的肌动蛋白 ，四环素和四瘤菌素的簇23
。Inha似乎是唯一的Enoyl-ACP还原酶
，其基因与FabG同源物共转录，该Fabg同源物编码3-氧化酰基-ACP还原酶。这两种蛋白质可能在霉菌酸的生物合成中很重要 。 　　脂肪酸是由丙二酰辅酶A合成的 ，前体是由乙酰基（或丙基）-coA的酶羧化产生的（图4B）（图4B）。从对基因组的研究中
，我们预测有三个完整的羧化酶系统，每个系统由α-和β-亚基组成 ，以及三个没有α-counterpart的β-亚基
。作为一个小组，所有羧化酶似乎与哺乳动物同源物更相关
，而不是与相应的细菌酶相关。这些羧化酶系统中的两个（ACCA1，ACCD1和ACCA2 ，ACCD2）可能参与奇数脂肪酸的降解
，因为它们与其他已知降解酶相邻 。它们可能会将丙酰辅酶A转换为琥珀酰辅酶A，然后将其掺入三羧酸周期中
。合成羧酸酶（ACCA3 ，ACCD3
，ACCD4，ACCD5和ACCD6）更难理解。这三个额外的β-亚基可能会将羧化引导到适当的前体 ，或者如果此步骤限制速率
，则可以简单地增加可用的羧化前体量 。 　　细胞中脂肪和霉菌酸的石蜡骨架的合成之后，是广泛的结合后修饰和不饱和度 ，特别是在霉菌酸24,25的情况下
。不饱和由Faba样β-羟基酰基-ACP脱水酶催化
，与特定的酮酰基合酶作用，或者由使用分子氧和NADPH的有氧末端混合功能去饱和酶进行催化。对基因组的检查显示 ，没有明显的类似Faba活性的候选者 。然而，三种潜在的有氧去饱和酶（由DESA1
，DESA2和DESA3编码）显然表现出与相关的脊椎动物或酵母酶几乎没有相似之处（它们在COA酯上作用于COA），而是类似于植物去饱和酶（使用ACP酯）
。因此 ，基因组数据表明
，在酰基群与ACPM结合时，可能会发生Meromysy链的不饱和。 　　霉菌酸中的许多随后的结构多样性都是由S-腺苷 - 甲硫代依赖性酶产生的 ，这些酶将不饱和的杂霉菌酸用作底物
，以产生顺式和反式环丙烷和其他霉菌酸盐 。该家族的六个成员已被鉴定出来并表征了25个成员，并且在基因组（UMAA1和UMAA2）中很明显
。从已知的家族成员的功能和结核分枝杆菌中的霉菌酸的结构中 ，很容易推测这些新酶可以将反式环丙烷引入杂霉菌酸性前体。除了这两个甲基转移酶外
，还有其他两种无关的脂质甲基转移酶（UFA1和UFA2）与大肠杆菌的环丙烷脂肪酸合酶共享同源性 。尽管环丙谁似乎是霉菌酸的相对常见的修饰，但在分枝杆菌中尚未描述等离子体 - 膜成分的环丙烷化。结核酸是通过油酸的甲基化产生的 ，可以由这两种酶之一合成
。 　　与26碳α分支的完全功能化和预成型的甲霉素链链的凝结会产生全长的霉菌酸
，必须将其转运到其最终位置，以固定在细胞壁Arabinogalactan上。转移和随后的过酯化由抗原85复合物的三种众所周知的免疫原性蛋白介导 。基因组编码该复合物抗原85C'（FBPC2 ，RV0129）的第四个成员，该成员与抗原85C高度相关
。需要进一步的研究来表明该蛋白是否具有霉菌性转移酶活性
，并阐明明显冗余的原因。 　　聚酮化合物的合成 。分枝杆菌通过几种不同的机制合成聚酮化合物
。一个模块化的I系统，类似于红霉素生物合成23的模块化系统 ，由一个非常大的操纵子
，PPSABCDE编码，以及在苯酚硫代酚的生产中的功能。第二类聚酮化合物合酶的不存在表明相关的脂质邻苯二酚A和B ，邻苯二酚A和Phththiotirol都可以由同一系统合成
，无论是替代引物还是通过差异后的结合后修饰 。在生理上，PPS基因簇立即在MAS上游发生是很重要的 ，它编码了多功能酶真菌蛋白酸合酶（MAS）
，因为它们的产物邻苯酚和霉菌酸酯酯化形成了非常丰富的细胞 - 与细胞 - 伴随细胞 - 伴相关的分子Phthiocecule phthiocerol dimcerosation（3）
。 　　另一种大型聚酮化酶合酶的成员与MAS相似，MAS也会产生甲菌素和邻苯二甲酸二氧化碳的多甲基支线脂肪酸成分 ，丰富的细胞壁相关分子5。尽管其中一些聚酮化合物合成酶可能会延伸I型FAS COA底漆
，以产生其他长链甲基支柱脂肪酸，例如霉菌 ，霉菌霉菌和霉菌酸酸和霉菌酸的脂肪酸，或者在邻苯二甲酸硫代苯甲酸和邻苯二甲酸硫代苯基酸性和邻苯二甲酸硫代性酸性酸中
，甚至可能在其中显示了更多的元素 。因此，可能只有在某些条件下（例如在感染和疾病期间）表达的新脂质和聚酮化代谢产物
。 　　第四类聚酮化合物合酶与包括Chalcone和Stilbene Synthase23在内的植物酶超家族有关。这些聚酮化合物合酶在系统发育上与所有其他聚酮化合物和脂肪酸合酶不同 ，并产生通常与花青素色素和类黄酮相关的未还原的聚酮化合物 。这些系统的功能通常与表观I型I模块链接
，这是未知的。一个示例是跨越PKS10，PKS7 ，PKS8和PKS9的基因簇
，其中包括两个Chalcone-synthase类样酶和两个明显I型系统的模块
。这些酶产生的未知代谢产物很有趣，因为某些聚酮化合物（例如免疫抑制剂雷帕霉素）具有有效的生物学活性。 　　铁载体 。在机械上类似于聚酮化合物合成的过程中 ，未核糖体合成的肽是制造的
。23,27。这些肽包括通过添加丝氨酸（或苏氨酸）
，两种赖氨酸，各种脂肪酸和可能的聚酮化合物片段来从水杨酸酯中得出的结构相关的铁制的铁载体 ，霉菌素和外塞蛋白2,28 。MBT操纵子编码一种明显的水杨酸酯激活蛋白
，三个氨基酸连接酶和一个I型聚酮化合酶合酶的单个模块，可能是造成分枝杆菌铁载体的生物合成的原因
。仅存在一个非核糖体肽合成系统 ，表明该途径可能会同时产生铁载体，并且随后对一个赖氨酸残基的单个ε-氨基群的修饰可能解释了铁载体的不同物理特性和功能28。