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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   (1298 HTML143 PDF(pc) (3905KB)(992)  

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。



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图2 genP过表达位点整合型菌株构建及产量测定
正文中引用本图/表的段落
基因的过表达,往往需要考虑其表达强度与整个合成途径的代谢平衡,而表达强度的控制可以借助不同强度的启动子来实现[25]。在以往的工作中,已经在M. echinospora中表征了一系列不同强度的组成型启动子[20],以此为依据,选择强(kasOp*)、中(rpsLp-cf)、弱(ermE*)三种强度的启动子来进行genP的过表达,构建对应attB/attP位点整合突变株YC002、YC003、YC001[图2(a)],以确定合适的表达强度。对于硫酸庆大霉素产品,庆大霉素C1、C1a、C2、C2a为主要成分,西索米星、庆大霉素C2b为杂质。发酵及产量检测结果显示,YC002、YC003、YC001菌株庆大霉素C组分(C1、C1a、C2、C2a)产量较野生型菌株M. echinospora J1-020[(1008±57) mg/L]分别提高了30.8%[(1319±29) mg/L]、18.8%[(1198±46) mg/L]、16.9%[(1178±39) mg/L],可见启动子强度越强,GenP表达量越高,庆大霉素C组分(C1、C1a、C2、C2a)产量提升越明显[图2(b)]。
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