第二节　纳他霉素的生物合成和代谢调控

一、纳他霉素的产生菌株

纳他霉素产生菌属于链霉菌属，目前，文献中报道的纳他霉素产生菌有三种。

（1）纳塔尔链霉菌（Streptomyces natalensis，ISP 5357）　孢子丝呈2～5圈的松散螺旋形；孢子呈卵圆形或球形。在琼脂培养基上生长时，气生菌丝呈白色，其基内菌丝反面无鉴别色素。

（2）恰塔努加链霉菌（Streptomyces chattanoogensis，ATCC 13358）　孢子丝呈圆形或螺旋形；孢子为球形或椭圆形。恰塔努加链霉菌在大部分培养基内生长时，其基内菌丝为橙黄色至深黄橙色。

（3）褐黄孢链霉菌（Streptomyces gilvosporeus，ATCC 13326）　孢子丝呈螺旋形；孢子为球形或卵圆形。褐黄孢链霉菌在琼脂培养基上生长时，气生菌丝丰满茂密，颜色呈微褐色，反面呈浅黄色。

二、纳他霉素的生物合成途径

纳他霉素是大环内酯类抗生素，在大环内酯类抗生素的生物合成中，产量的限制性因素往往是内酯环的形成。内酯环的结构是通过聚酮体途径缩合而成的，过程中需要大量的前体物质，这些前体物质的供应与氨基酸代谢、脂肪酸循环和三羧酸（TCA）循环息息相关，在物质的合成和代谢调控中，这些途径是联系初级代谢与次级代谢的枢纽。

纳他霉素是多种链霉菌产生的一种抗真菌药物。Aparicio等首先发表了关于纳塔尔链霉菌的生物合成基因的报道，之后，他的团队又深入研究了纳他霉素生物合成的基因簇pim（图1-2），且已基本完成基因测序。2011年，研究发现另外一株纳他霉素产生菌恰塔努加链霉菌的纳他霉素合成基因簇，被命名为scn。

纳塔尔链霉菌的骨架结构主要由PKSⅠ类聚酮合酶（polyketide synthase）催化完成，PKS包含13个同源性模块和60个催化结构域，这些模块分布在由pimS0～pimS4编码的五个多功能酶。骨架环再由pimC、pimD、pimF、pim G、pimJ和pimK 编码的蛋白进行后修饰，pimA、pimB 和 pimH编码的蛋白负责纳他霉素的转运，pimT、pimE、pimM 和 pimR编码的蛋白负责调控纳他霉素合成基因的表达。在纳他霉素的生物合成的过程中，PKS和后修饰酶具有较高一致性。与scn基因簇相比，pim基因簇仅包含两个主要差异，分别是编码外排泵的基因pimH和编码氨基酸转运子的基因pimT。pimH通过编码一种外排泵参与纳他霉素的转运，pimT通过分泌纳他霉素合成的诱导剂2，3-二氨基-2，3-双（羟甲基）-1，4-丁二醇（PI因子）参与调节纳他霉素的产生，两个基因都位于PKS基因簇的两端；与pim基因簇相比，scn基因簇包含一个假定转座酶基因scnL（编码酪氨酸磷酸酯酶），位于scnS1的下游。尽管两个基因簇的编码区域都是高度保守的，但不同菌种基因间的结构域的差别，也造成了它们不同的转录机制。S.natalensis与S.chattanoogensis合成基因簇中各个基因和其相应的蛋白见表1-1。

纳他霉素骨架的合成从PimS0开始，由CoA 连接酶-ACP-KS-AT-ACP催化乙酸形成酰基腺苷酸，为PimS1模块1的KS结构域提供乙酰单元，但是模块0中的KS结构域是失活的；PimS1的4个模块分别完成骨架链延长的前4个循环，并构成大部分的多烯发色团；然后，PimS2、PimS3、PimS4上的8个模块催化8个羧酸模块单元的缩合，并进行适当的结构修饰从而形成纳他霉素的骨架。在PimS2中，模块5负责形成发色团的最后一个双键，模块6～10中缺失DH结构域，模块7中的AT结构域选择的延伸单元为丙酸；PimS2 的模块9中的KR是非活性的，β-酮基不能被还原，因此，在模块7中KR结构域的作用下C9羰基和C13羟基形成了纳他霉素结构中的半缩酮环；PimS3负责合成C3和C4， 并引入一个双键，之后会形成一个环氧结构；在PimS4的C末端硫酯酶结构域（TE）催化下释放碳链，并形成二十六元内酯环。骨架形成的准确性依赖于基因pimⅠ编码的硫酯酶，该酶能有效筛选酰基起始单元以及去除错误的延伸单位，它可以被其他的硫酯酶补充，而且与PimS4末端的TE具有互补作用。酰基载体蛋白（ACP）是PKS 中关键功能域，磷酸泛酰巯基乙胺基转移酶（PPTase）催化磷酸泛酰巯基乙胺基从CoA转移到ACP的活性丝氨酸的残基上，将ACP从无活性的脱辅基形态转化为有活性的全辅基形态，PPTase作为PKS的活性开关，对 PKS 产物的生物合成起着不可或缺的作用。研究证实在S.chattanoogensis中含有1个Ⅰ型 PPTase基因（schACPS）和Ⅱ型PPTase基因（schPPT），SchPPT倾向于催化次级代谢中ACP的辅基化，而SchACPS倾向于催化独立ACP的辅基化。

合成糖苷配基后，细胞色素P450酶和PimG催化环外甲基在C12氧化形成环外羧基，产生12-羧基嘧啶酮。Liu等通过使恰塔努加链霉菌 L10中pimG的同源基因scnG失活证明了这一假说。随后，而 GDP-甘露糖被 PimJ、PimC催化构成GDP-3-酮-6-脱氧甘露糖（GDP 放线菌糖胺）。

在纳塔尔链霉菌中，PimJ催化GDP-甘露糖合成海藻糖胺，GDP-甘露糖衍生于果糖-6-磷酸。在两性霉素产生菌节状链霉菌（S.nodosus）中，pimJ的同源基因的amphDⅢ失活导致两性霉素内酯的积累，表明海藻糖胺的合成来源于GDP-甘露糖。同时，来自制霉菌素的合成基因nysDⅢ的异源表达证明了海藻糖胺特异性途径的首先由GDP-甘露糖4，6-脱水酶催化。因此，推测pimJ催化GDP-甘露糖转化为GDP-4-酮-6-脱氧甘露糖，并通过自发的异构反应生成GDP-3-酮-6-脱氧甘露糖。随后，pimC编码的转氨酶经转氨作用生成GDP-海藻糖胺，通过pimK编码糖基转移酶催化海藻糖胺与大环内酯的连接。最后，pimD编码的P450单加氧酶催化最后一个氧化反应，将C4和C5双键形成环氧基团，转化为纳他霉素（图1-3）。

纳他霉素是通过醋酸-丙二酸途径（AA-MA途径）生物合成的，其合成途径可以分解为活化前体（乙酰辅酶A和丙二酰辅酶A）的生成、大环内酯的生物合成和氨基糖的形成。纳他霉素的生物合成涉及很多途径，主要有糖酵解、三羧酸循环、二氧化碳固定和脂肪酸降解途径（见图1-4）。其中，草酰乙酸是纳他霉素生物合成的限制性中间产物，菌株高产的前提是菌株中草酰乙酸含量和磷酸烯醇式丙酮酸羧化酶活性都很高，因此，三羧酸循环改变碳的流通量调节着纳他霉素的生物合成。Borodina等研究发现，磷酸果糖激酶基因在调控天蓝色链霉菌的次级代谢中发挥重要作用，而这个酶也是糖酵解途径的关键酶。

虽然纳他霉素对产生菌没有抗性，但在细胞内大量积累对产生菌是有害的，因此，产生菌体内存在转运系统将纳他霉素排出胞外。在S.natalensis中，pimA、pimB和pimH三个基因参与了纳他霉素的转运，pimA和pimB编码Ⅲ型ABC转运蛋白，它能结合ATP酶和跨膜结构域内相同的多肽从而发挥转运作用，它们可能会结合形成一个异二聚体。研究发现基因nysH、nysG（pimA、pimB的同源基因）失活的Streptomyces noursei突变株也可将制霉菌素运出胞外，说明链霉菌中存在除ABC转运子外的还会有其他转运系统。因此，推测pimH编码的外排泵也会参与纳他霉素的转运。在S. chattanoogensis基因簇中的编码ABC转运蛋白的基因scnA和scnB， 与pimA和pimB的相似度在95%以上，虽然没有发现pimH的相似基因，但发现了可起补充作用的转运蛋白NepⅠ/NepⅡ和Mfs1，以上四个转运蛋白构成了一个新的纳他霉素转运系统。

三、纳他霉素的代谢工程和半合成衍生物

纳他霉素等多烯类抗生素具有良好的抗真菌活性，但其在临床应用中，相伴产生的溶血毒性及相对偏低的抗真菌活性极大地限制了其使用的范围。近年来，研究报道出许多相关的半合成衍生物，例如酯、N，N-二烷基、N-烷基、N-酰基、N-糖基、N-芳基、氢磷酰基衍生品以及脂质体制剂。此外，基于纳他霉素生物合成途径和效共轭体系，可以通过代谢工程得到一些高效低毒的纳他霉素衍生物（图1-5）。

第一种纳他霉素衍生物是其前体——4，5-去环氧匹马菌素（DEP）是通过基因工程敲除纳他霉素生物合成的最后一步反应的基因pimD获得的，它编码细胞色素P450单加氧酶催化C4-C5的环氧反应。该化合物显示的抗真菌活性较纳他霉素明显降低，表明环氧基在纳他霉素在与真菌膜相互作用时的重要性。

最近，有研究表明，在制霉菌素的生物合成中，DEP可以被pimD同系基因nysL作为底物引入其最后的羟基化，产生6-羟基-DEP（图1-5）。与DEP相比，它的抗真菌活性并未得到提高。此外，酰胺转移酶PscA可以催化DEP和6-OH-DEP的羧酰胺化反应，得到两种羧酰胺化的衍生物，4，5-去环氧基-AB-400和6-羟基-4，5-去环氧基-AB-400，羧化后的衍生物抗真菌活性得到明显改善。PscA及其同源蛋白PscB控制四烯甲酰胺化合物的自发反应，生产一种纳他霉素的甲酰胺衍生物AB-400。相比于PscB，PscA有更广泛的底物范围，这也使它成为未来多烯衍生物开发的首要研究对象。

在研究恰塔努加链霉菌中纳他霉素生物合成的途径时，通过基因敲除pimG的同源基因scnG得到一种新的纳他霉素衍生物，4，5-去环氧基-12-脱羧基-12-甲基匹马菌素（图1-5），其中scnG编码P450单加氧酶控制环外羧基的形成。scnG基因的敲除导致4，5-去环氧基-12-脱羧基-12-甲基匹马菌素的积累，表明糖基转移酶ScnK能够将海藻糖胺连接到脱羧糖苷配基上，而ScnD不能引入环氧基团。随后，Qi等通过使scnG的同源基因失活不仅导致4，5-去环氧基-12-脱羧基-12-甲基匹马菌素的积累，同时还使12-脱羧基-12-甲基匹马菌素积累，这表明在一定条件下，ScnD也可能引入环氧基团。

12-脱羧基-12-甲基匹马菌素表现出高于纳他霉素两倍的抗真菌活性，其溶血毒性较纳他霉素降低了77.8%，是一种具有良好应用前景的纳他霉素衍生物。Qi等也探究了4，5-去环氧基-12-脱羧基-12-甲基匹马菌素的生物活性，表明虽然其提高了纳他霉素的抗真菌活性，但同时也降低了溶血作用。在随后的研究中又获得了一株突变株，它积累了一种新的衍生物，3-羟基-4，5-去环氧基-12-脱羧基-12-甲基匹马菌素，但它却没有表现出明显的抗真菌活性和溶血活性，这表明scnG催化的羧化作用是在聚酮化合物合成期间而不是发生在此之后。

scnK催化纳他霉素内酯与糖基部分的连接，恰塔努加链霉菌中scnK基因的敲除导致4，5-去环氧匹马菌素内酯的积累，其本身不具有抗真菌活性，但通过半合成，多合成或蛋白质工程等方法可间接替代糖基部分（GDP-3-酮-6-脱氧甘露糖）。4，5-去环氧匹马菌素内酯的积累也确定了基因scnG（pimG）在纳他霉素生物合成途径中的糖基化反应之前的作用。

四、代谢调控机制

在链霉菌合成的次生代谢产物中，纳他霉素受复杂调节影响，如群体密度、环境因子和生理信号等。转录调控因子是代谢网络的一种重要的调节方式，纳他霉素合成的调控机制则主要包括途径特异性转录调控和全局多效调控。

1.途径特异性转录调控

转录调控是一个复杂的过程，受多个信号和复杂的调节因子相互调节。通常，链霉菌的次级代谢相应的合成基因簇内常编码一个或多个只调控所在基因簇内基因表达的调控因子，从而调节次级代谢产物的合成，这样的调控基因称为途径特异性调控基因。纳他霉素合成基因簇含PimR和PimM两个转录调节子。

PimR是纳他霉素生物合成中第一个途径特异性转录调节因子，也是一个具有特殊结构的转录激活子，敲除pimR后的突变体不能产生纳他霉素，负责纳他霉素内酯环形成的关键酶基因表达量降低明显，且完全中断了胆固醇氧化酶基因pimE的转录，这说明PimR在纳他霉素的生物合成中是一个正调控蛋白。PimR的N端末端包含链霉菌抗生素蛋白（SARP）的DNA结合结构域，C末端包含同源的半鸟苷酸环化酶和LuxR家族ATP结合调节因子（LAL）。SARP家族蛋白的识别序列靶基因启动子区域的六个碱基组成的重复序列，它们已经在PKS，NRPS和undecyprodiginines等基因簇上被发现，LAL家族蛋白目前只在放线菌中存在。C末端含蛋白质家族的独特的ATP/GTP结合结构域，但N端末端的鸟苷酸环化酶或其LuxR型螺旋-转角-螺旋（HTH）与C末端的LAL调节因子的DNA结合缺乏特定的信号序列。研究表明，通过凝胶电泳迁移实验（EMSAs）、脱氧核糖核酸酶保护研究、逆转录定量PCR（RT-qPCR）和启动子替换实验来研究PimR的作用模式，确定其结合单一操纵子。该操纵子包含有三个七聚体，由间隔4bp的完全重复序列CGGCAAG构成。该操纵子位于pimM的启动子区，在PimR结合时开始表达被激活。在恰塔努加链霉菌中，PimR的结合序列在scn基因簇中的scnRⅠ（pimM的同源基因）和scnRⅡ（pimR的同源基因）之间，在阿维链霉菌中对应丝氨酸蛋白酶基因簇中的基因pteF和pteR之间的基因间隔区（IGR）。

在其他链霉菌中，与PimR相似结构的调节因子还有菲律宾链霉菌中的菲律宾菌素生物合成的同源基因FilR；在核苷肽类抗生素中，尼可霉素生物合成中的同源基因sanG和多氧霉素生物合成中的同源基因polR。不同的是，菲律宾菌素是戊烯大环内酯，而尼古菌素和多氧霉素是核苷肽类抗生素；相同的是，这些化合物都是有效的抗真菌剂，因此，推测这些调节蛋白的结构域序列可能是检测抗真菌产物的通用信号。此外，PimR的七聚体与SanG和PolR中的完全相同。

PimM是纳他霉素生物合成的第二个转录激活子，pimM缺失的突变体中纳他霉素的生产完全中断，说明PimM是纳他霉素生物合成过程中的另一个正调控蛋白。PimM的N末端包含一个PAS传感器结构域，C末端含与DNA结合的LuxR型HTH结构。PAS传感器结构域能检测到外界物理或化学信号且具有响应调节效应子结构域的活性。与大多数其他传感器结构域不同，含有PAS结构域的蛋白质位于细胞溶质中，因此它们可以检测内部信号，也可以穿过细胞膜检测外部环境因素。与大部分原核PAS结构域调节因子相比，如双组分系统的传感器激酶，PimM不属于双组分系统。最近，已有研究解释了PimM在纳塔尔链霉菌中的作用方式，并且确定了其结合位点为CTVGGGAWWTCCCBAG，该位点恰好是被调控启动子的上游第35位六聚体。

PimM不仅存在于纳他霉素的合成基因簇中，在其他已知抗真菌多烯的生物合成基因簇中还发现了同源基因编码的调节蛋白，且已被证明它们的功效与pimM相同。两性霉素合成中的amphRⅣ基因，制霉菌素合成中的nysRⅣ和菲律宾菌素合成中的pteF是PAS-LuxR类的异源调节因子的编码基因，将它们分别引入到pimM敲除的纳塔尔链霉菌中，结果发现突变体一定程度上恢复了纳他霉素的生产。此外，将单一拷贝的pimM分别导入产生两性霉素的节状链霉菌、产生菲律宾菌素的阿维链霉菌及裂霉素产生菌龟裂链霉菌后，增加了它们所有多烯产物的产量，这说明这些调节因子是完全可交换的。PimR和PimM以协同方式起作用，PimR结合到PimM启动子上并激活其转录，PimM直接激活纳他霉素8个结构基因的启动子 （pimS2～pimS4、pimS1、pimAB、pimD、pimE、pimI、pimK和pimJ），并影响其转录。PimM发挥作用并不依赖于PimR调控蛋白，但增加PimM的表达量可以显著提高纳他霉素的产量，而提高PimR表达却不影响纳他霉素的产量。此外，PimM 能通过激活其他调节因子间接调节pimC基因的表达（图1-6）。

PimM被认为是一个特定于纳他霉素合成的调节因子，但近年的研究表明，它不应该作为途径特异性因子，而是作为具有更广泛影响的调节因子。例如，pimM的操纵子常用于寻找阿维链霉菌的基因组中同源蛋白质PteF的假定靶点，在阿维链霉菌的菲律宾菌素合成基因簇pte中发现了101个假定操纵子，在基因簇外发现了97个。这些结合位点位于初级和次级代谢各个层次基因的内部或上游，包括遗传信息处理、DNA复制和修复、能量代谢、碳水化合物代谢、脂质代谢、形态分化、转录调节和次生代谢物生物合成等，这也表明调节因子可以控制调节这些过程。Vicente等从中选出17个操纵子，通过EMSA显示了它们与pimM DNA结合结构域的结合过程。随后，对ATP合酶抑制剂寡霉素的生物合成进行了研究，发现其基因簇包含两个操作子。PteF缺失的突变体导致菲律宾菌素产量过低，且其生长形态与野生型菌株相比，突变株的孢子延迟形成。此外，其olm基因的表达量减少，寡霉素产量也下降显著，而基因互补的突变体却恢复了表型。这证明了pteF能够同时调节两种相关的次级代谢物，菲律宾菌素和寡霉素的生物合成。这种交叉调节又可以调节到上面的所有反应过程，这在以前是没有发现的，PAS-LuxR调节因子实际上能影响一系列连锁反应。

小型多烯抗生素基因簇都包含编码胆固醇氧化酶的基因，在纳他霉素合成时，编码胆固醇氧化酶的基因是pimE和scnE；四霉素合成中为tetrO；在菲律宾菌素合成时是pteG和filG；在裂霉素合成中是rimD。胆固醇氧化酶是一种黄素蛋白，催化胆固醇氧化成5-胆甾烯-3-酮，同时分子氧还原为过氧化氢，最后，Δ5键异构化生成4-胆固醇-3-酮。该酶在参与胆固醇或具有3-β-羟基结构的其他固醇时，细菌中生长所需的碳源和能量开始降解，但在抗真菌物质生产中没有明显的作用。

在纳塔尔链霉菌中，PimE对纳他霉素生物合成是必需的，PimE失活的菌株不能产生纳他霉素，然而，这种胞外酶或其他胆固醇氧化酶，在添加到敲除pimE后突变体的培养液或“休眠细胞”时能恢复纳他霉素的生产。这说明PimE可以作为真菌传感器经麦角甾醇的检测和响应触发，通过未知的机制恢复纳他霉素的生产。此外，这对土壤中膜中含麦角固醇的真菌微生物与其他微生物的竞争产生了一种选择性优势。

生物合成基因簇的调控因子有时直接结合在下游靶基因的启动子上激活其转录，有时多个调控基因构成一个级联的调控系统。大部分情况下途径特异性调控基因所起的作用是激活相关基因簇的表达，虽然这些正调控因子作用相似但在结构域组成上有很大区别，对DNA结合结构域起着不同的调控作用。

2.全局多效调控

相比途径特异性调控因子，在抗生素的合成、形态分化过程中还存在一些能够调控多个代谢途径的全局多效调控基因，它们常存在于抗生素的合成基因簇之外，通常，它们通过途径特异性调控因子实施。

在链霉菌中，PhoR-PhoP双组分系统是研究较为详细的磷酸双组分调控系统，它由信号激酶和受体调控蛋白两个部分组成。磷酸可以作为细胞内结构物质，同时作为信号分子参与代谢以及调控。细胞形态发育、次级代谢过程，众多抗生素、色素和免疫抑制剂等都受到磷酸的调控。无机磷酸盐对纳塔尔链霉菌中纳他霉素的合成有非常敏感的抑制作用，浓度低至2mmol/L时就足以阻断纳他霉素的产生，这种负调控是在转录水平上的调控。在其他链霉菌，如达托霉素生产菌玫瑰孢链霉菌L30中，也发现了磷酸双组分系统PhoR-PhoP能够正调控达托霉素的生产，结果表明，相比出发菌株，PhoP和PhoR-PhoP缺失株中纳他霉素的生物合成时间均提前且其产量提高约70%。

双组分系统PhoR-PhoP属于ⅢA类的双组分信号转导系统，它控制细胞对磷酸盐稀缺的反应，PhoR是膜结合信号激酶，PhoP是DNA结合响应调节因子，PhoP也控制目的基因pho因子的转录。PhoP作为一个自调控因子，磷酸化的PhoP与自身启动子的保守位点PHO盒的结合发生在磷酸盐耗尽之后，随后，Mendes等对纳塔尔链霉菌中的PhoU-PhoR-PhoP区域进行了研究，发现来自天蓝色链霉菌的PhoP蛋白会与纳塔尔链霉菌PhoU-PhoRP基因内部区域中的PHO盒的一致的序列结合，这表明该系统会自动进行调节。在PhoP缺失的突变体中几个纳他霉素基因簇中的基因表达却出现了上升，但在整个基因簇中却未发现一样的PHO盒，且PhoP蛋白不能直接结合到纳他霉素合成基因簇内基因启动子区域，这表明，基因调节磷酸盐的浓度是由PhoP通过其他调节子介导，间接调节纳他霉素的生物合成。

WhiG是恰塔努加链霉菌中另一个多效调控因子，它通过结合pimC的同源基因scnC、pimD的同源基因scnD的启动子的结构基因间接正向地调节纳他霉素产量，同时也作为scnRⅠ（pimR的同源基因）和scnRⅡ（pimM的同源基因）的转录激活因子。

其他多效的结构域调节因子还有AdpA，它在恰塔努加链霉菌中作为纳他霉素合成的正调控因子，并作为一个重要的形态分化和次级代谢调控因子。AdpA通过结合自身启动子间接调控scnRⅠ，它直接正调控的对象是WblA，它也是纳他霉素生物合成和形态学分化的关键激活因子。

众所周知，纳他霉素的合成是一个耗氧过程，氧气的供应能有效调节产物合成。然而，低浓度的氧气会限制菌株的生长及纳他霉素的合成，高浓度的氧气则会升高胞内活性氧（ROS），破坏细胞组分。细胞内活性氧失衡时，H2O2将 pimM作为直接或间接靶标，通过氧化还原机制调控并提高纳塔尔链霉菌中纳他霉素的合成。超氧化物歧化酶SodF的失活导致纳他霉素产量降低，然而抑制H2O2分解酶，如烷基过氧化氢酶系统中的AhpCD或过氧化氢酶KatA1，却导致纳他霉素产量的提高，因此，胞内H2O2和纳他霉素的产量呈正相关。最近，通过转录组分析了纳塔尔链霉菌磷酸盐代谢和氧化应激之间的交互作用，SodF或AhpCD的缺失都导致纳他霉素合成基因簇的转录延迟激活，推测和培养液中磷酸耗尽有关。此外，研究发现，在氧胁迫条件下，细胞NADPH / NADH的比例和支链氨基酸代谢提供的合成前体是纳他霉素合成的主要瓶颈。

γ-丁内酯（γ-GBL）（图1-7）是由部分链霉菌及少数其他放线菌合成的具有群体感应效应功能的小分子信号分子。群体感应是一种通信机制，允许细菌根据特定信号分子浓度高效监测环境中自身或群体的数量变化，并通过不同的适应机制以适应。生长中的细胞产生细胞外信号，通常称为自动诱导剂。在链霉菌属中，细胞的形态分化和次生代谢物生物合成在纳摩尔每升浓度下的群体感应信号下就能发挥调控作用。

链霉菌将GBL作为自身诱导剂，通过这些自动诱导因子与同源受体的相互作用介导传导信号，导致受体从DNA解离，从而引导了目的基因的转录。因此，GBL受体是转录因子tetR超家族的转录调节子。Du等对纳塔尔链霉菌（sngR）和恰塔努加链霉菌（scgR）中的GBL受体蛋白进行了研究。Zhou等发现恰塔努加链霉菌中sprA是GBL受体的同源基因，而且sngR和sprA是次级代谢物生产和形态分化的正调节因子。通常，由上游且远离GBL受体的基因编码GBL合酶，有研究分别在纳塔尔链霉（sngA）和恰塔努加链霉菌（scgA）中描述过这种情况。在恰塔努加链霉菌中，紧接在scgA下游的第二个基因scgX也参与了GBL的生物合成，sngA或scgA合酶的失活导致纳他霉素产量降低和形态分化延迟，推测此现象是细胞内假定GBL的减少导致。然而，研究从未在纳塔尔链霉菌中发现真正的GBL。

虽然在纳塔尔链霉菌中未发现任何GBL，但在其内发现了一种新型的诱导化合物，PI因子（2，3-二氨基-2，3-双羟甲基-1，4-丁二醇）（图1-7）。对其进行定量测定时，PI因子能诱导纳塔尔链霉菌突变株中的多烯化合物的产生，且在纳摩尔每升浓度下就能使其失去生成纳他霉素的能力。PI因子通过氨基酸转运子PimT从细胞内运出，与GBL相比，它是在膜上而不是在胞内进行识别。然而，PI因子的确切作用机制仍未可知，同时PI因子的研究进展受到其提取纯度的限制。Morin等报道了一种化学合成方法，可以对其进行进一步研究。同时，纳塔尔链霉菌似乎能够结合不同的群体感应信号，如灰色链霉菌中的A因子，它是一个高效的GBL类自动调节子，纳塔尔链霉菌并不会合成A因子，但是在不产纳他霉素的突变体中加入A因子后却能恢复纳他霉素的生产。

此外，Recio还发现丙三醇、乙二醇和1，2-丙二醇等PI因子结构类似物在一定浓度下也能催化纳塔尔链霉菌中纳他霉素的合成。尽管确切的机制仍然未知，丙三醇的作用似乎与PI因子诱导作用无关。最近，寇美辰等以恰塔努加链霉菌为发酵菌种，向发酵培养基中添加PI因子结构类似物1，2-丙二醇、丙三醇和三乙醇胺，发酵培养基中纳他霉素的产量提高了1.6倍，这说明添加一定量的PI因子结构类似物可以提高纳他霉素产量。