科學家實現鏈黴菌高產菌株高效綠色構建

2021-02-23 中國科學報

 

華東理工大學生物工程學院生物反應器工程國家重點實驗室張立新教授與中國科學院微生物研究所王為善研究員、中國農業科學院植物保護研究所向文勝研究員等合作，在鏈黴菌胞內三醯甘油（TAGs）降解機理研究中取得突破性進展。相關研究成果以長篇論文形式在線於《自然—生物技術》。

該論文國際審稿人評價：這是70年來首次在代謝水平上清晰闡明鏈黴菌初級代謝到次級代謝的代謝轉換機制並進行工程應用。

聚酮類藥物是鏈黴菌產生的一類重要次級代謝產物，它的生物合成過程受到嚴格調控，只有在菌體生長進入穩定期才大量合成。然而從初級代謝到次級代謝的能量池和調控開關是什麼，一直是困擾科學家的重要科學問題。

針對這一亟需解決的科學問題，該交叉聯合攻關團隊首次解析了鏈黴菌胞內三醯甘油（TAGs）在銜接初級代謝和聚酮合成過程中起著關鍵作用：TAGs在初級代謝階段大量積累，當菌體生長進入穩定期開始合成聚酮時，TAGs則開始降解；胞內TAGs的降解不但能為聚酮合成提供必要的前體和還原力，還能夠通過影響胞內還原力的水平，調節更多的碳流轉向聚酮合成。

同時，研究人員設計了一種新的「TAG動態降解」工程策略，實現4種鏈黴菌工程菌中聚酮化合物產量的大幅提升，尤其是阿維鏈黴菌工程菌在180立方米發酵罐上的阿維菌素髮酵單位提升50%的重大突破。

該工作是國際上首次解密鏈黴菌聚酮合成至關重要的代謝流量調控機制；並且，該機制可被轉化為理性育種簡便通用的強有力手段，在多種（工業）鏈黴菌多種聚酮化合物上都體現出驚人的效果。

「這一成果將極大地推動鏈黴菌乃至其他微生物聚酮合成代謝工程的進步。」張立新表示，這一研究為深入揭示鏈黴菌中TAGs降解和聚酮類藥物合成的代謝機制，進而充分利用可再生TAGs資源，實現聚酮類藥物乃至其他次級代謝生物活性產物高效、綠色、智能的生物製造開闢了新思路。

相關論文信息： https://www.nature.com/articles/s41587-019-0335-4

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