过表达SACE7301提高红霉素产量的研究

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抗生素(antibiotics)是微生物的次级代谢产物,具有抗病原体、抗癌、抗真菌等多种活性,多种合成基因调节其合成。抗生素合成相关的调控基因的研究可以为理性提高次级代谢产物的产量提供理论依据。红霉素是革兰氏阳性放线菌糖多孢红霉菌(Saccharopolyspora erythraea)产生的,在临床上有广泛应用的广谱抗菌活性的大环内酯类抗生素。本文主要关注一红霉素合成相关的调节子SACE7301,正调控红霉素产量的研究。生物信息学预测SACE7301是TetR家族转录调节子,基因大小660bp,蛋白分子量24.97kDa;实验室已有实验结果证明SACE7301是红霉素合成相关的正调节子(在糖多孢红霉菌A226中缺失SACE7301,发酵液对枯草芽孢杆菌的抑菌圈相比A226发酵液的抑菌圈小),并表达获得了水溶性蛋白。本研究即在原有实验结果的基础上深入解析其正调控红霉素产量的机理并加以利用来提高红霉素产量。用R5培养基对已构建的菌株进行了系统的发酵,然后利用高效液相色谱对这些菌株的红霉素产量进行了定量分析,结果绘制成红霉素产量图,缺失菌株红霉素产量降低38%,过表达菌株提高14%;用RT-PCR对SACE7301过表达菌株A226/pZMW-7301和空载A226/pZMW内eryAI、ermE表达量进行了比较,结果看出A226/pZMW-7301内两基因表达量明显上调,这两实验确认了SACE7301正调控红霉素的合成;为了验证SACE7301缺失是否影响菌体初级代谢,对A226及SACE7301缺失突变体△SACE7301的生物量进行了比较,结果显示SACE7301的缺失对糖多孢红霉菌生物量影响不大,说明SACE7301不是通过调控初级代谢来调控红霉素合成;进一步研究SACE7301调控红霉素合成的途径,在糖多孢红霉菌基因组内寻找SACE7301的下游靶基因,首先考虑红霉素合成基因簇内结构基因eryAI、ermE基因,凝胶阻滞实验确证SACE7301可以结合在eryAI、ermE的启动区,表明SACE7301可直接调控eryAI、ermE的转录进而影响红霉素的合成。由于SACE7301与eryAI、ermE启动区的在结合力较弱(1 mmol/LSACE7301才出现明显阻滞条带),在红霉素产生菌A226及WB中增加了SACE7301的拷贝数进而提高了红霉素产量。首先利用链霉菌整合型质粒pSET152构建了含1-3个SACE7301拷贝数的整合型质粒,进而导入糖多孢红霉菌A226中,随着SACE7301拷贝数的增加红霉素产量明显提高,其中3拷贝提高最多(提高了44%)。其次RT-PCR对此结果进行验证,其中eryI、ermE的表达量随着SACE7301拷贝数的增加也明显提高;为了证实多拷贝的整合质粒在宿主内的是否稳定存在,在pSET152质粒多酶切位点两端设计—对引物,以A226/3x73016天发酵过程中每天取菌液提取的基因组DNA为模板PCR,结果PCR获取条带单一,说明6天的发酵过程中3拷贝的SACE7301可以稳定存在。最后研究SACE7301在红霉素高产菌WB中是否也能正调控红霉素的合成,构建了WB/1-3x7301菌株,对其红霉素产量进行了检测,结果显示SACE7301在红霉素高产菌中同样起作用,随着拷贝数的增加红霉素产量也有不同程度的提高,其中WB/3×7301的产量最高,与WB相比提高了42%。
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