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庆大霉素及其相关产物在工业底盘细胞中的高效合成
吴亮亮, 常莹莹, 邓子新, 刘天罡
合成生物学    2022, 3 (6): 1277-1291.   DOI:10.12211/2096-8280.2022-004
摘要   (1292 HTML143 PDF(pc) (3905KB)(981)  

庆大霉素是一种氨基糖苷类抗生素,在临床上广泛应用于治疗由革兰氏阴性菌引起的严重感染。它可由棘孢小单孢菌Micromonospora echinospora产生,生物合成途径清晰。为了提高庆大霉素的产量,本文以工业菌株M. echinospora J1-020为基础,确定庆大霉素合成基因簇信息,建立了稳定的遗传操作方法。在此基础上,使用强(kasOp*)、中(rpsLp-cf)、弱(ermE*)三种强度的启动子评估磷酸转移酶GenP的最适过表达水平,构建对应attB/attP位点整合突变株YC002、YC003、YC001。摇瓶发酵结果显示,YC001、YC002、YC003菌株的庆大霉素C组分的产量较原始菌株[(1008±57) mg/L]分别提高了16.9%[(1178±39) mg/L]、30.8 %[(1319±29) mg/L]和18.8 %[(1198±46) mg/L];同时,结合杂质含量,在以上三株菌株中确定了中强度启动子控制genP过表达的效果最佳,以此构建对应的稳定整合在基因组上的genP过表达菌株YC004。使得庆大霉素C组分摇瓶发酵产量提高了34.5 %[(1427±37) mg/L]。此外,以工业菌株M. echinospora J1-020为底盘,构建genQ敲除菌株,获得了只产生G418单一组分的菌株YC005,其摇瓶发酵产量为460 mg/L。以YC004为出发菌株,依次敲除genB4、genK,获得了只产生西索米星单一组分的菌株YC007,其摇瓶发酵产量达1046 mg/L。综上,以该工业菌株M. echinospora J1-020为底盘,借助合理的代谢工程策略有望快速获得多种氨基糖苷类抗生素的高产菌株。


TypeMorphology of actinomycetesPlasmid

The mixing ratio

(Donor: Receptor)

Incubation time/hNumber of conjugants (Cultivate to 9d)
Diparental conjugationmyceliapWHU7710∶1、4∶1、1∶114、16100~200
myceliapYH720∶1、10∶11
Triparental conjugationmyceliapWHU774∶4∶1、1∶1∶1100~200
myceliapYH74∶4∶1、1∶1∶150~100
sporepYH710∶10∶1、1∶1∶113>200
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表3 M. echinospora J1-020接合转移条件摸索
正文中引用本图/表的段落
用于工业化生产的工业菌株比实验室菌株的目标产物产量普遍高出数十倍甚至上百倍,但是其遗传操作相对困难,甚至无法进行,这使得许多工业菌株无法通过理性的代谢工程改造进行产量提升及杂质去除等工作。因此,工业菌株要想成为合适的工业底盘,首先需要能进行简单、快速的遗传操作。M. echinospora J1-020遗传操作系统的建立是首要的工作。分别以位点整合型质粒pWHU77(pIB139衍生物,安普霉素抗性基因被硫链丝菌素和氨苄青霉素抗性基因取代)、结构稳定但遗传不稳定的pIJ101衍生质粒pYH7作为载体,进行了遗传操作条件摸索,包括二亲本/三亲本接合转移方式、受体菌/供体菌混合比例、覆盖时间等条件(表3),最终确定:pWHU77为载体时,二亲本和三亲本接合转移方式均可获得较多接合子;pYH7为载体时,二亲本接合转移仅部分条件下有零星接合子,而使用孢子的三亲本接合转移方式可获得大量接合子。因此,以pYH7为载体时,使用M. echinospora J1-020菌株孢子进行的三亲本接合转移方式更为适用。
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