去甲金霉素的生物合成及有关工程菌的构建

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研究发现蛋白CtcH和CtcJ在去甲金霉素(demethylchlortetracycline,简称6-DCT)高产菌株和出发株中的表达量存在较大差异。经过氨基酸序列比对,CtcH为初级代谢中脂肪酸β氧化的羟脂酰辅酶A脱氢酶,CtcJ为四环素合成的单加氧酶。羟脂酰辅酶A脱氢酶在金色链霉菌(s.aureofaciens)脂肪酸的β氧化中氧化β-羟脂酰辅酶A生成β-酮脂酰辅酶A,并生成NADH类型的还原力,最后在硫解酶的作用下,β-酮脂酰辅酶A被催化为脂酰辅酶A和乙酰辅酶A。而乙酰辅酶A是合成去甲金霉素非常重要的中间体。  抗生素的生物合成过程一般为营养物质(C、N、P、S)经过初级代谢合成前体物质,然后前体经过聚合、结构修饰,形成抗生素。去甲金霉素属于四环类抗生素,它们有共同的四环母核,母核的修饰反应有羟基化、氧化、甲基化、氯化等。其中氧化作用多是在单加氧酶的催化下进行的,它把氧分子的一个氧原子添加到底物上,剩下的氧原子被还原成水分子并常常伴有NADH生成。在ctcH的敲除株ΔctcH和ctcJ的敲除株中ΔctcJ中去甲金霉素的产量相对于野生菌株DT1都有很大的降低,在ΔctcH的发酵液中去甲金霉素的产量从3164μg/mL降低至242μg/mL,而在ΔctcJ的发酵液中用HPLC检测不到去甲金霉素。这表明了CtcH和CtcJ这两种蛋白在去甲金霉素的生物合成中均不可缺少。为了提高去甲金霉素的产量,我们分别构建了ctcH的过表达菌株ctcH+和ctcJ的过表达菌株ctcJ+,在ctcH+中去甲金霉素的产量相对于DT1从3164μg/mL提高至4715μg/mL,而ctcJ+相对于DT1去甲金霉素的产量从3164μg/mL提高至4261μg/mL,分别提高了49%和35%。我们分别对两种突变株和出发株中对ctcH和ctcJ进行基因表达量分析。结果显示在ctcH的过表达菌株中ctcH的表达量是DT1的2.8倍,在ctcJ+中ctcJ的表达量是DT1的3.1倍。这表明这两种突变株中去甲金霉素产量的提高是由这两种酶的过表达导致的。  金霉素和去甲金霉素都是由金色链霉菌产生的,它们结构上的差异在于金霉素在C6位置上多了一个-CH3,我们保藏的产金霉素的金色链霉菌菌株的效价远远高于去甲金霉素,所以我们希望通过敲除C6位置的甲基化酶,使金霉素的高产菌株转变为去甲金霉素的高产菌株,根据NCBI数据库信息,我们敲除了编码甲基化酶的基因cts6,然而敲除突变株Δcts6的发酵液并没有去甲金霉素的产生,而金霉素的产量降低了30%。
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