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ATCC菌種能產(chǎn)生豐富的次級(jí)代謝產(chǎn)物，目前臨床上應(yīng)用的抗生素約三分之二由該屬微生物產(chǎn)生，因此鏈霉菌被稱為藥物合成的天然細(xì)胞工廠。然而，自然界分離得到的野生鏈霉菌抗生素合成水平很低，難以滿足產(chǎn)業(yè)化的要求；已產(chǎn)業(yè)化的工程菌株需要不斷提高產(chǎn)量，以降低成本。因此，如何獲得鏈霉菌高產(chǎn)菌株成為幾十年來(lái)對(duì)其進(jìn)行基礎(chǔ)及應(yīng)用研究的重要主題之一。

在微生物合成生物學(xué)改造過(guò)程中，通過(guò)表達(dá)控制元件對(duì)相關(guān)生物合成途徑進(jìn)行精細(xì)調(diào)控，能顯著提高目標(biāo)產(chǎn)物的生物合成能力。然而，對(duì)于重要的抗生素者鏈霉菌，由于缺少必要的表達(dá)控制元件積累，尚沒(méi)有精細(xì)調(diào)控策略的相關(guān)報(bào)道，這嚴(yán)重制約了鏈霉菌的工程改造。

中國(guó)科學(xué)院微生物研究所微生物生理代謝研究組立足于這一問(wèn)題，開發(fā)了一系列鏈霉菌合成生物學(xué)研究必要的表達(dá)控制元件，2013年，開發(fā)了鏈霉菌強(qiáng)啟動(dòng)子kasOp；2015年，篩選了166個(gè)具有不同強(qiáng)度的鏈霉菌普適的組成型啟動(dòng)子；2016年，開發(fā)了可用于“適時(shí)”、“適量”的表達(dá)控制的鏈霉菌誘導(dǎo)表達(dá)系統(tǒng)Potr。這些工作豐富了鏈霉菌合成生物學(xué)元件庫(kù)。

目前，這些元件該已被Jay D Keasling等國(guó)內(nèi)外50多課題組廣泛使用。近日，微生物生理代謝研究組利用以上元件研究發(fā)現(xiàn)，次級(jí)代謝產(chǎn)物的合成時(shí)序與鏈霉菌前體供應(yīng)等生理狀態(tài)不匹配是制約產(chǎn)量提高的重要原因之一。為解決這一問(wèn)題，該研究組利用鏈霉菌時(shí)序啟動(dòng)子，建立優(yōu)化、適配次級(jí)代謝產(chǎn)物生物合成的全新自調(diào)控策略。

首先，利用誘導(dǎo)啟動(dòng)子在“時(shí)間”和“強(qiáng)度”兩個(gè)維度優(yōu)化鏈霉菌次級(jí)代謝合成基因簇的表達(dá)，找到高產(chǎn)的*條件；然后，在該*條件下進(jìn)行全局時(shí)序轉(zhuǎn)錄譜分析，篩選和誘導(dǎo)啟動(dòng)子一致的生理時(shí)序啟動(dòng)子；zui后，ATCC菌種利用篩選的生理啟動(dòng)子替換誘導(dǎo)啟動(dòng)子實(shí)現(xiàn)次級(jí)代謝合成基因簇的優(yōu)化表達(dá)。這一策略對(duì)提高鏈霉菌次級(jí)代謝產(chǎn)物產(chǎn)量具有普遍意義。相關(guān)研究成果發(fā)表在ACS Synth Biol上。

 前列腺素氧化環(huán)化酶2IgG 人促腎上腺皮質(zhì)激素釋放因子(CRF) 

 前列腺酸性磷酸酶IgG 人促腎上腺皮質(zhì)激素(ACTH)

 前列腺特異膜抗原IgG 人促腎上皮質(zhì)激素釋放激素(CRH)

 前纖維蛋白1IgG 人促卵泡素(FSH)

 前纖維蛋白2IgG 人促甲狀腺素釋放激素(TRH)

 羥輔酶A脫氫酶αIgG 人促甲狀腺素(TSH)

 羥輔酶A脫氫酶βIgG 人促黃體激素(LH)

 羥基類固醇脫氫酶11β1IgG 人促分裂素原活化蛋白激酶激活的蛋白激酶3(MAPKAPK3)

 羥基類固醇脫氫酶11β2IgG 人雌三醇(E3)
ATCC菌種