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阿霉素、阿克拉霉素均为纳入医保名录的临床一线蒽环类广谱细胞周期非特异性高效抗癌抗生素,其盐酸盐形式化合物制成的注射剂对于多种种类和多种生长周期的肿瘤细胞均有抑制和杀灭作用。它们通过抑制肿瘤细胞中大分子物质特别是DNA的生成来达到抑制和杀灭肿瘤细胞的目的。截止目前文献报道,阿霉素传统的合成生产主要有半化学法与生物法两种。阿克拉霉素的合成生产仅有生物法。阿霉素半化学法由前体物柔红霉素经过纯化学催化制得成品,过程对温度控制要求精确,催化试剂毒性较大,耗时较长且不符合绿色环保化学理念,最终原料转化率与产率较低。阿霉素生物合成法是利用已筛选得到的天然产阿霉素的波赛链霉菌(Streptomycespeucetius ATCC 27952)通过人工大规模培养发酵微量制得。阿克拉霉素A主要由已筛选得到的链霉菌(Streptomyces sp.NO.MA144-MI ATCC 31133)通过人工大规模培养发酵微量制得。这两种过程发酵周期长,产量低,成本高,这些制约了阿霉素与阿克拉霉素的临床大规模应用。针对上述缺点,本课题创新性的采用了模块化培养的观点,将整体的线性代谢路径根据功能进行模块化分区,在已选定好的宿主工程菌中重新构建整个代谢表达回路。其中基础模块涉及到关键合成酶基因9个,阿霉素侧链基团修饰、糖基配体生成及糖基化模块涉及关键酶基因15个,阿克拉霉素侧链基团修饰及糖基化模块涉及关键酶基因7个。查找这些已报道的关键基因,对其进行生物信息学分析,分析其转录翻译后形成的蛋白质的理化性质、活性中心以及二维三维结构,从而为后续实现这些基因在宿主内异源稳定表达并发挥催化功能提供重要参考。实现基因异源表达的前提是构建相应的能够稳定承载并复制、转录翻译这些基因的载体质粒。其次把阿霉素、阿克拉霉素单个关键合成酶基因分别克隆进入改造完成的表达载体质粒并转化进入宿主工程菌。这些已报道的部分原始基因序列中GC碱基含量比较高,不一定能在宿主菌株中实现稳定表达。因此本实验在原始序列基础上对其进行密码子优化后,再进行分子克隆,筛选出能成功克隆且稳定表达的菌株,完成全部代谢通路关键合成酶单基因的克隆与在宿主菌株内的异源表达。最终将成功克隆表达的各个功能模块的单基因在表达载体上按不同功能模块的分类继续分子克隆实现顺序串联并导入到不同的宿主工程菌,最终将这些工程菌通过组合共培养的方式达到分别大量生物合成这两种抗生素的目的。