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3-氨基-5-羟基苯甲酸(AHBA)是微生物产生安莎类抗生素及其相关抗生素的必需前体。通过对这类抗生素已知的生物合成基因簇的比较,发现AHBA生物合成基因簇中的AHBA合酶基因高度保守。AHBA合酶基因的保守性为筛选这类化合物的产生菌提供了新的思路。本论文拟通过分子生物学手段,建立一种基于检测AHBA合酶基因来筛选安莎类化合物及相关抗生素产生菌的方法。
本文首先针对从约2000株土壤放线菌分离得到的33株具有可能产生安莎类抗生素潜力的放线菌,初步研究了它们的发酵条件及发酵产物的生物活性(抗菌、抗病毒和抗肿瘤活性),确定了每株菌对可用于选择性标记的不同抗生素的抗性。综合以上实验结果选择了六株具研究价值(有较好的抗菌、抗病毒或抗肿瘤活性且具有相应的抗药性或进化树分析属于不同从属分枝)的菌株:8-21、2209、22-24、4088、3-27、4353进行AHBA合酶基因的阻断研究,进一步筛选安莎类及相关抗生素产生菌。
研究并建立上述菌株PEG-介导的原生质体转化及接合转移的转化系统,最后通过接合转移方法获得了22-24、4088、3-27、4353等四株菌基因单交换阻断AHBA合酶基因阻断变株。采用4353 AHBA合酶部分基因,构建了其在4353菌株的阻断变株、采用22-24 AHBA合酶部分基因,构建了其在22-24、4088、3-27菌株的阻断变株。基因阻断实验结果显示:AHBA合酶基因的阻断使菌株4353不再产生一种黄色的活性化合物;尽管目前菌株22-24、4088中AHBA合酶基因的阻断尚没有在基因水平上得到完全的验证,但4阻断使菌株22-2变株产生的一种活性化合物明显减少,而菌株4088变株则产生了一种原株中不产生的新的具有抗菌活性的物质;菌株3-27 AHBA阻断株的发酵产物与原株相比没有明显变化。菌株4353和4088及22-24有继续深入研究价值。
此外,我们又针对安莎类化合物结构中含有酰胺键的特点,根据碱性处理能使其安莎链与苯环连接的酰胺键开裂,形成的化合物呈紫色的原理,建立了发酵液粗提品TLC和NaOH溶液喷涂显色的早期鉴别苯安莎类抗生素(格尔德霉素类)方法,实验表明此种方法在硅胶板上的检测灵敏度为4 μg,用此方法对两株确证为新的格尔德霉素产生菌Streptomyces sp.4-4以及Streptomyces sp.3-57进行了佐证。
为了更进一步研究AHBA合酶基因在菌株4353发酵活性物质的产生过程中的作用,我们获得了菌株4353AHBA合酶的全基因序列及其下游氧化还原酶基因序列和部分磷酸酶基因序列,并成功构建了两种带有不同标记序列的表达载体,在大肠杆菌中得到表达,并鉴定了重组蛋白在大肠杆菌中以包涵体形式存在,为以后的研究奠定了基础。