真菌β—内酰胺次级代谢调控的分子机制

真菌中青霉素和头胞菌素生物合成起始于共同前体,异青霉素N是这两合成途径的分叉中间体,经各自合成途径分别转化为青霉素和头孢菌素。在转录及转录后水平上,β－内酰胺生物合成基因表达受多种顺式作用元件与反式作用因子以及营养源等多方面的调控。     

硝酸盐,镁盐对林可霉素生物合成的促进作用

在林肯链霉菌生物合成林可霉素代谢调节的研究中,发现硝酸盐可明显促进林可霉素的生物加入硝酸钾０．８％,林肯链霉菌合成林可霉素的产量可增加３７％．在发酵９６ｈ之前加入硝酸盐均能促进林可霉素的合成,但产量的增加随加入时间的延迟而降低。硝酸钾在促进产量的同时,使菌体生长减少,看来硝酸盐对林可霉素的合成与菌体生长之间起着调节作用。     

糖多孢红霉菌多拷贝表达载体pZM的构建

对糖多孢红霉菌染色体上红霉素生物合成基因进行改造 ,已经合成了多种红霉素类似物。在糖多孢红霉菌中对红霉素类似物进行结构修饰 ,以pWOR1 0 9质粒为基础构建糖多孢红霉菌多拷贝表达载体pZM。pZM载体带有PermE启动子、fd终止子、多克隆位点、硫链丝菌肽和氨苄青霉素抗性基因、以及在大肠杆菌和糖多孢红霉菌中复制的ColE1ori和pJV1ori复制子 ,系可在大肠杆菌和糖多孢红霉菌中扩增的穿梭质粒。在糖多孢红霉菌中 ,pZM可以表达氨普霉素抗性基因和绿色荧光蛋白基因 ,从糖多孢红霉菌中提取的表达质粒酶切图谱与转化前一致 ,表明pZM是糖多孢红霉菌中多拷贝、稳定的表达载体。     

采用遗传工程产生‘杂种’抗生素

最近发展起来的链霉菌分子克隆系统使得分离某些抗生素的生物合成基因成为可能,而众多的抗生素则是由细菌的这个重要属中的许多成员产生的。现在可以用上述克隆来检验如下设想:即通过生物合成基因在产生不同扰生素的链霉菌之间的转移,或许能产生新的抗生素。     

一个甲基转移酶基因lomo3在洛蒙真菌素生物合成途径中的功能

【目的】洛蒙真菌素是在洛蒙德链霉菌(Streptomyces lomondensis)中生物合成的一种具有广谱抑菌活性的吩嗪类抗生素,但其合成机理仍不清晰。在洛蒙德链霉菌S015的洛蒙真菌素生物合成核心基因簇下游,有一甲基转移酶基因——lomo3,研究该基因对洛蒙真菌素生物合成的影响。【方法】对lomo3基因进行无痕敲除得到基因缺失突变株S015Δlomo3,再过表达重组质粒构建回补突变株S015Δlomo3::lomo3,比较两株突变株与野生型S015的发酵产物的变化。【结果】发现基因缺失菌株S015Δlomo3不能合成洛蒙真菌素,而基因回补菌株S015Δlomo3::lomo3则可恢复洛蒙真菌素的合成能力。【结论】甲基转移酶基因lomo3在洛蒙真菌素生物合成过程中起着重要的作用,但该基因的具体功能还有待深入研究。研究对于阐明洛蒙真菌素的生物合成途径具有一定的指导作用。     

绿色木霉菌合成金纳米颗粒的可能性及影响因素

【背景】金纳米颗粒(AuNPs)凭借其稳定性、抗氧化性能和生物相容性在许多领域有广泛应用。目前关于微生物合成金纳米颗粒的研究较少。【目的】对微生物合成金纳米颗粒的可能性以及影响因素进行探究,有利于揭示具体的合成机制,发现AuNPs的特性以及合成位置与菌丝和影响因素的关系。【方法】以绿色木霉菌(Trichoderma viride)菌株(GIM3.141)为菌种资源,通过目视检测法、紫外可见分光光度计、X射线衍射和透射电镜等手段分析合成AuNPs的特征。探讨细胞内生物合成金纳米颗粒(AuNPs)的可能性,研究生物量、初始金离子浓度、溶液pH等因素对细胞内合成AuNPs的影响。【结果】X射线衍射分析表明AuNPs以金纳米晶体形态存在。透射电镜分析表明AuNPs主要位于细胞壁膜间隙,一小部分附着在细胞壁上。紫外可见分光光度计分析表明,金纳米颗粒粒径随着生物量添加量和溶液pH的升高而变小,随着初始金离子浓度的升高而变大。【结论】非致病性真菌绿色木霉菌可以在细胞内合成AuNPs,其中包括伪球形、三角形、四边形和六边形等多种形状,粒径范围从几纳米到三百纳米,为大规模、低成本、无污染地生物合成纳米颗粒工艺提供了菌种资源。     

在庆丰链霉菌中质粒参与庆丰霉素生物合成的遗传研究

本研究表明:庆丰链霉菌生物合成Qm的能力在遗传上是不稳定的。它可以自发或诱发丧失而产生不合成Qn、的q~-突变株,而q~-突变株的遗传性却十分稳定。试验了大约10~(10)个q~-菌株的孢子,没有发现有自发或诱发生成的q~ 菌落。但将q~ 及q~-菌株接种在同一斜面上混合培养,用药物抗性或营养缺陷型作为选择性标记,选择混合孢子液,我们发现q~ 菌株可以把Qm的合成能力转移给q~-突变株而产生转移接合子。据此,我们认为Qm的生物合成有质粒的参与。     

链霉菌形态分化与次级代谢产物合成的研究进展

链霉菌是一类具有复杂的形态分化周期和强大的次级代谢能力的高GC含量的放线菌,能够利用其初级代谢产生的前体化合物和能量,合成多种结构复杂、功能多样的具有生物活性的次级代谢产物,在农业、食品、畜牧业、工业以及医药研究等领域都具有重要的价值。在链霉菌的形态分化后期常常伴随着次级代谢产物的生物合成,并且两者都受到复杂的网络调控;同时链霉菌的形态对次级代谢产物的产量和种类造成很大影响。对链霉菌生长周期的全面理解将加深对链霉菌形态分化与次级代谢产物合成关系的认识。本文将对链霉菌的形态分化过程、形态分化和抗生素合成两者共同的调控因子以及链霉菌形态与抗生素产量之间的关系进行综述,这将有助于理解抗生素的合成过程,也将会在缩短发酵周期、构建高产工程菌株、新型杀菌剂的研发以及新型抗生素的合成等方面给予我们启发。     

信号分子在链霉菌天然产物发现和开发中的应用研究进展

链霉菌具有巨大的合成次级代谢产物的潜力,但在实验室常规培养条件下链霉菌中大部分生物合成基因簇是沉默的,或者表达量极低。链霉菌中信号分子可调节形态分化和代谢产物的生物合成。通过对编码这些信号分子合成酶或受体的基因进行操作,或在发酵液中添加信号分子,可以激活链霉菌中的沉默生物合成基因簇,发现新的天然产物,或者提升已发现的天然产物产量。本文以γ-丁内酯和γ-丁烯内酯两类信号分子为例总结了过去十余年中信号分子在链霉菌天然产物发现和产量提升中的应用,以期为微生物天然产物的开发提供借鉴。     

硝酸盐、镁盐对林可霉素生物合成的促进作用

在林肯链霉菌生物合成林可霉素代谢调节的研究中,发现硝酸盐可明显促进林可霉素的生物合成．加入硝酸钾０．８％,林肯链霉菌合成林可霉素的产量可增加３７％．在发酵９６ｈ之前加入硝酸盐均能促进林可霉毒的合成,但产量的增加随加入时间的延迟而降低．硝酸钾在促进产量的同时,使菌体生长减少,看来硝酸盐对林可霉素的合成与菌体生长之间起着调节作用．洗涤菌体试验指出,硝酸盐的加入诱导了林可霉素合成所需要的酶系,这可能是加入硝酸盐后,产生进一步氮代谢的结果;蛋白胨不能代替硝酸盐,进一步说明硝酸钾的作用并不是作为氮源利用．在蛋白质合成抑制剂氯霉素存在下,硝酸盐不再能促进林可霉素的合成,说明氯霉素抑制了硝酸盐或其代谢中间物所诱导的酶系的合成．同时还报导了镁盐促进林可霉素生物合成现象的初步观察结果．硫酸镁在促进林可霉素产量提高的同时,使菌体生长延迟．硫酸镁的这种作用机制可能是通过磷酸镁铵沉淀,降低了培养基中游离氨和可溶性磷酸盐浓度,解除了铵盐和磷酸盐对林可霉素合成的抑制．     

一种适用于链霉菌异源合成基因簇同框缺失的高效方法

【背景】对抗生素生物合成途径的阐明有助于提高目标化合物的产量并开发具有更高活性的新化合物。基因的同框缺失是天然产物生物合成研究的常规手段,通过分析突变菌株积累的中间产物,可以帮助推导天然产物的合成途径及相关基因的功能。天然产物生物合成基因簇的大小一般在20 kb以上,对每个基因进行同框缺失耗时耗力,因此,优化链霉菌来源的基因同框缺失的方法有重要的意义。【目的】基于PCR-targeting重新设计了一套在链霉菌柯斯文库质粒上进行基因同框缺失的方法,实现链霉菌基因在大肠杆菌中快速、高效的基因同框缺失的技术体系。【方法】使用氨苄青霉素抗性基因bla作为PCR-targeting DNA片段的筛选标记,同时使用体外的Pac I酶切和酶连系统代替体内的Flp/FRT系统来介导同框缺失的构建。【结果】利用这种方法,在6 d内完成了米多霉素生物合成基因簇中14个基因的同框缺失。【结论】此方法与传统的PCR-targeting方法相比,构建同框缺失载体的效率明显提高;Pac I识别序列在链霉菌基因组上的稀有性使得此方法在构建抗生素生物合成基因簇必需基因的同框缺失载体上具有普适性。     

合成生物学在链霉菌次级代谢产物研发中的应用

链霉菌是革兰氏阳性丝状细菌,其次级代谢产物具有抗感染、抗虫、抗肿瘤、免疫调节等生理活性,在医药、食品和农业领域具有重要应用价值。链霉菌的遗传操作技术是发现和改良新次级代谢产物的基础,近年来合成生物学的兴起为链霉菌的研发提供了全新的视角。综述了合成生物学在链霉菌次级产物生物合成基因簇克隆与组装、底盘细胞设计与改造、调节两者适配性方面的应用进展。     

谷氏菌素生物合成基因gouC和gouD的功能研究北大核心CSCD

【目的】由于谷氏菌素产生菌禾粟链霉菌的遗传操作效率较低,本研究在谷氏菌素生物合成基因簇成功异源表达的基础上,通过在异源宿主天蓝色链霉菌M1146中阻断谷氏菌素生物合成基因gouC和gouD,研究其在谷氏菌素生物合成中的作用,为谷氏菌素生物合成途径的阐明奠定基础。【方法】以含有谷氏菌素生物合成基因簇的黏粒D6-4H为基础,通过PCR-targeting的方法分别将gouC和gouD敲除得到重组质粒p GOUe-ΔC和p GOUe-ΔD。通过接合转移将这两个重组质粒分别导入天蓝色链霉菌M1146中,获得gouC和gouD的缺失突变株M1146-GOUe-ΔC和M1146-GOUe-ΔD,通过HPLC分析突变株的谷氏菌素中间产物积累情况,分离纯化后对其进行结构鉴定和生物活性检测。【结果】gouC和gouD的缺失均导致谷氏菌素不能合成,突变株发酵液中积累了不同的中间产物,生物活性分析发现这些中间产物均失去了对肿瘤细胞的抑制活性。【结论】gouC和gouD是谷氏菌素生物合成的重要基因,与谷氏菌素肽基部分的肌氨酸残基合成相关。本研究为阐明谷氏菌素的生物合成机制提供了更多的依据。     

林可霉素生物合成的研究进展

林可霉素是林可链霉菌(Streptomyces lincolnensis)产生的林可酰胺类抗生素,它抑制细菌细胞的蛋白质合成,临床上主要用于治疗革兰氏阳性菌引起的感染性疾病。林可霉素生物合成基因簇已被克隆和测序。近年来,围绕林可酰胺和丙基脯氨酸的生物合成、调控等进行了深入研究,其硫化反应取得了突破性成果,本文综述了林可霉素生物合成的新进展。     

微生物次生代谢的分子调控

摘要：微生物次生代谢产物在工业、农业和医药方面具有重要的应用价值,因此其合成调控长期以来倍受关注。近些年的研究表明,次生代谢产物的生物合成往往与产生菌的生理和发育状态紧密相关,其合成过程错综复杂,形成了多水平的调控网络。在目前所知的一万多种天然抗生素中, 约60%以上是链霉菌产生的。因此,本文主要以链霉菌产生的次生代谢产物为主线,以有突出进展的几种抗生素的研究为代表来介绍近年来抗生素生物合成中分子调控的相关进展,并对未来次生代谢合成调控的发展方向提出一点建议。     

格尔德霉素基因工程高产菌株的构建和培养

在格尔德霉素产生菌吸水链霉菌17997(Streptomyces hygroscopicus 17997)中存在两种3-氨基-5-羟基苯甲酸(3-amino-5-hydroxybenzoic acid, AHBA)的生物合成基因簇, 根据同源性可分为苯醌类和萘醌类。已证明其中苯醌类的AHBA生物合成基因簇负责格尔德霉素(geldanamycin, Gdm)起始单位的合成, 而萘醌类的AHBA基因簇可能参与未知安莎化合物的生物合成。为提高吸水链霉菌17997菌种的Gdm发酵产量, 并研究高产菌种在固体培养基上孢子的生长周期。采用基因阻断技术, 将吸水链霉菌17997中的萘醌类AHBA生物合成基因簇(shnSOP)进行破坏, 以获得DSOP菌株, 从而减少对合成所需共同底物AHBA的争夺。HPLC分析结果表明DSOP菌株Gdm的发酵产量比原株提高185%。同时, 通过孢子计数发现该菌株在固体培养基上的孢子生长经历2个周期, 第2代孢子菌种的Gdm产量较高。     

负调节基因nsdA在链霉菌中同源性及激活沉默抗生素合成基因簇的研究

nsdA基因是在天蓝色链霉菌中发现的抗生素合成负调控基因。以nsdA基因片段为探针,通过Southern杂交发现nsdA存在于多种链霉菌中。根据天蓝色链霉菌和阿维链霉菌的nsdA序列设计PCR引物,扩增多种链霉菌中nsdA基因并测序。发现在不同链霉菌中nsdA基因的相似性高达77%~100%。其中变铅青链霉菌与天蓝色链霉菌A3(2)的nsdA序列100%一致。变铅青链霉菌通常不合成放线紫红素,中断nsdA获得的突变菌株WQ2能够合成放线紫红素;在WQ2中重新引入野生型nsdA,又失去产抗生素能力。表明nsdA的中断可以激活变铅青链霉菌中沉默的放线紫红素生物合成基因簇的表达;nsdA的广泛存在及其序列高度保守则提示可以尝试用于这些菌种的抗生素高产育种。     

途径特异性调控因子介导的链霉菌来源天然产物的产量提升

链霉菌是活性天然产物的重要来源。基因组学研究揭示了链霉菌有巨大的生物合成潜力,平均每株菌拥有20–40个生物合成基因簇。在常规的实验室条件下,大多数链霉菌来源的天然产物产量较低,影响了对其进一步研究和产业化开发。由于链霉菌中天然产物的生物合成受到严格的调控,对于这些调控因子和调控网络的深入研究将有力地促进链霉菌来源的天然产物的发现和开发利用。文中主要综述了近5年来链霉菌来源天然产物生物合成中途径特异性调控因子的研究进展,重点介绍其在提高相应天然产物产量中的应用。     

链霉菌底盘细胞的开发现状及其应用

天然产物及其衍生物在现代医疗中扮演着举足轻重的角色,其生物活性多样性以及化学结构的丰富性是新药研发的源泉和动力。利用纯化学方法合成天然产物在技术和成本上有很大的困难,加上许多天然产物的原始产生菌具有培养条件苛刻、产量低下等缺点,而且大量基因簇在原始菌株中是沉默的,这使得利用合成生物学思想来指导天然产物生物合成基因簇的异源表达具有重大意义。作为抗生素、抗肿瘤活性物质、免疫抑制剂等次级代谢产物主要来源的放线菌一直是研究者们关注的焦点,特别是随着基因测序技术的飞速发展,人们发现链霉菌基因组中包含着极为丰富的天然产物生物合成基因簇资源。这意味着开发链霉菌底盘细胞作为异源表达宿主有其得天独厚的优势。本综述从底盘细胞开发的意义入手,重点阐述链霉菌底盘细胞构建的策略及现状,随后通过实例阐述了各种底盘链霉菌的实际应用。     

植物毒素thaxtomins生物合成及其分子调控研究进展

马铃薯疮痂病(potato scab)是世界范围内广泛存在的土传细菌性病害,难以防治。植物毒素thaxtomins由疮痂病链霉菌(Streptomyces scabies)次级代谢产生,是马铃薯疮痂病的主要致病原因,对马铃薯等作物产业造成严重危害。鉴于疮痂病链霉菌在农业上的重要作用,其中thaxtomins生物合成过程和分子调控得到越来越多的关注,并取得了较好的进展。本文综述了thaxtomins的结构特征、生物合成与异源表达,并重点介绍了疮痂病链霉菌中thaxtomins生物合成的分子调控机制等方面的研究进展,有利于深入认知疮痂病链霉菌次级代谢调控网络,为未来开发新型马铃薯疮痂病的防治策略提供理论指导。