微生物所鏈黴菌次級代謝產物產量的適配策略研究獲進展

在微生物合成生物學改造過程中， 通過表達控制元件對相關生物合成途徑進行精細調控， 能顯著提高目標產物的生物合成能力。 然而， 對於重要的抗生素生產者鏈黴菌， 由於缺少必要的表達控制元件積累， 尚沒有精細調控策略的相關報導， 這嚴重制約了鏈黴菌的工程改造。 中國科學院微生物研究所微生物生理代謝研究組立足於這一問題， 開發了一系列鏈黴菌合成生物學研究必要的表達控制元件， 2013 年， 開發了鏈黴菌強啟動子 kasOp*；2015 年， 篩選了 166 個具有不同強度的鏈黴菌普適的組成型啟動子；2016 年，

開發了可用于“適時”、“適量”的表達控制的鏈黴菌誘導表達系統 Potr*。 這些工作豐富了鏈黴菌合成生物學元件庫。 目前， 這些元件該已被 Jay D Keasling 等國內外 50 多課題組廣泛使用。

鏈黴菌能產生豐富的次級代謝產物， 目前臨床上應用的抗生素約三分之二由該屬微生物產生， 因此鏈黴菌被稱為藥物合成的天然細胞工廠。 然而， 自然界分離得到的野生鏈黴菌抗生素合成水準很低， 難以滿足產業化的要求；已產業化的工程菌株需要不斷提高產量， 以降低生產成本。 因此， 如何獲得鏈黴菌高產菌株成為幾十年來對其進行基礎及應用研究的重要主題之一。

自調控策略

這一策略在微生物生理代謝研究組與河北聖雪大成製藥有限責任公司的合作專案中得到應用， 使公司四環類抗生素生產菌產量得到顯著提高。 研究工作得到科技部、國家自然科學基金委、中科院青年創新促進會的支持。

近日， 微生物生理代謝研究組利用以上元件研究發現， 次級代謝產物的合成時序與鏈黴菌前體供應等生理狀態不匹配是制約產量提高的重要原因之一。

為解決這一問題， 該研究組利用鏈黴菌時序啟動子， 建立優化、適配次級代謝產物生物合成的全新自調控策略。 首先， 利用誘導啟動子在“時間”和“強度”兩個維度優化鏈黴菌次級代謝合成基因簇的表達， 找到高產的最優條件；然後， 在該最優條件下進行全域時序轉錄譜分析， 篩選和誘導啟動子一致的生理時序啟動子；最後， 利用篩選的生理啟動子替換誘導啟動子實現次級代謝合成基因簇的優化表達。 這一策略對提高鏈黴菌次級代謝產物產量具有普遍意義。 相關研究成果發表在 ACS Synth Biol 上。