作为一种广泛存在的有机化合物，小分子硫醇一直以来被视为消除生命体有害物质的“清道夫”。如今，科学家发现，它们除了清除毒害的保护性功能，还具有“导演”抗生素精密合成的建设性功能。该发现改写了人类对于小分子硫醇的传统认识，有望带来相关医药化学品生物制造技术的变革。
英国《自然》杂志1月14日在线发表了中科院上海有机化学研究所刘文团队在林可霉素生物合成机制方面取得的突破。
据介绍，小分子硫醇是一类带有巯基官能团的有机化合物，广泛存在于动物、植物和微生物等几乎所有生物体系中。长期以来，无论是在化学家还是在生物学家眼中，这些“硫醇兄弟”主要发挥着 “清道夫”的生理作用。
刘文团队的发现突破了有关小分子硫醇生理作用的认知禁锢：即小分子硫醇不但可以充当广为人知的“保护性”角色，而且可以前所未有地扮演 “建设性”的角色，用于指导和参与活性功能分子的体内组装。
“作为位居碳、氢、氧、氮和磷之后的第六大元素，硫元素为生命所必需并广泛存在于各种生物体系中，但对如何将其有效地引入活性功能分子的生化机制却知之甚少。”刘文表示，小分子硫醇能清除破坏性极大的自由基，解毒各种内源性和外源性因素所产生的有害物质等，责任重大但又淡定低调，不可或缺而又默默无闻。
两个小分子硫醇——麦角硫因和放线硫醇在林可链霉菌中的相互配合精确有序地“导演”了林可霉素的生物合成。林可霉素是一种含有硫元素的抗感染抗生素，已长达半个多世纪被广泛用于对盘尼西林（青霉素）类抗生素敏感的细菌感染患者的临床治疗。
然而，如此重要的药物，在此之前却无人知道其是如何生产的。刘文的助手、副研究员赵群飞和博士生王敏把这对“硫醇兄弟”从幕后请到了台前。
“麦角硫因介导了八碳糖单元的活化、转移和修饰；而放线硫醇则与麦角硫因发生硫醇交换而成为硫元素的供体。前者淡名泊利，在成熟的林可霉素分子中完全隐身遁迹；后者以自我牺牲的方式，实现了林可霉素生物合成的凤凰涅槃。”刘文解释说。
研究团队发现，小分子硫醇通过两个罕见的S-糖苷化反应主导了林可霉素的生物合成进程，不但代表了麦角硫因参与生化反应的首个范例，而且提供了一种放线硫醇依赖的硫元素引入新模式。
作为一种高效广谱的抗感染抗生素，林可霉素市场需求巨大。我国是世界上最大的林可霉素生产国，仅河南天方药业股份有限公司的年产量即在1000吨以上。和其他大宗抗生素产品生产相似，国内林可霉素生产企业往往面临发酵效价偏低、产品成分复杂等问题，采用传统菌种改造的手段难以有效解决这些问题。
业内专家预期，对硫醇化学为核心的林可霉素生物合成机制的揭示，为针对性地遗传改造林可霉素的工业生产菌种创造了条件，提供了在发酵过程中通过组分优化与产量提高实现降低生产成本和减轻环境污染的理论依据。同时，相关发现也为设计和创造新型人造“生命细胞”并在“细胞工厂”中实现含糖单元的新型生物基化学品的“生物制造”奠定了分子基础。
“科学上的新理论、新发明的产生以及新工程技术的出现经常是由于在深度和广度上的超越从而获得突破，在学科的深度上下功夫、在交叉点上去探索，将使科学本身向着更深层次和更高水平发展。”中科院院士、上海有机所所长丁奎岭说。小分子硫醇在生物体系中内在新功能方面的原始发现充分体现了合成化学与合成生物学学科交叉的优势，这对于林可霉素等在内的相关医药化学品生物制造技术的变革将具有重要指导作用。
化学理念指导的抗生素生产菌种遗传改造关键技术研究与应用是上海有机所“一三五”规划中的3个重大突破之一。事实上，上海有机所正与河南天方药业股份有限公司就林可霉素生产技术改造实施成果转移转化。“这再次说明没有基础研究的原始创新，就没有真正的高技术。”丁奎岭说。
