上海生科院在放線菌天然產物的合成生物學方面取得進展

　　1月11日，國際學術期刊《代謝工程》（Metabolic Engineering）在線發表了中國科學院上海生命科學研究院上海植物生理生態研究所姜衛紅研究組題為Multiplexed site-specific genome engineering for overproducing bioactive secondary metabolites in actinomycetes 的研究論文。該工作成功地發展了通用型的放線菌天然產物生物合成基因簇的多拷貝穩定擴增與高效編輯新方法，為微生物藥物高產菌株的分子育種以及新化合物的挖掘提供了新的思路和策略。

　　微生物天然產物種類繁多，據統計至今總計有18000多種被鑒定，包括廣泛應用的抗生素、抗腫瘤藥物、免疫抑制劑、殺蟲劑等，其中50%以上由放線菌產生。因此，放線菌來源的天然產物在醫藥工業中占據重要的地位。目前，放線菌天然產物高產菌株的選育還是主要依賴于傳統的理化誘變篩選，費時費力，發展高效、先進的菌株分子選育技術十分必要。

　　由始旋鏈霉菌（Streptomyces pristinaespiralis）產生的普那霉素(Pristinamycin)是一種抗耐藥菌抗生素，包含普納霉素I（PI）和 II（PII）兩個組分，其衍生物已被批準用于治療多種臨床耐藥性病原菌，如耐甲氧西林葡萄球菌與耐萬古霉素腸球菌等。在前期研究工作中，姜衛紅研究組的博士研究生李雷和研究員蘆銀華通過組合代謝工程與發酵工藝優化，初步提高了普那霉素II（PII）的合成能力。該研究中，他們進一步創新技術，建立了基于“一個整合酶-多個attB位點”理念的放線菌天然產物生物合成基因簇多拷貝整合的新方法MSGE。運用該方法，實現了PII生物合成基因簇的高效、快速擴增，獲得了多達5個PII生物合成基因簇拷貝的工程菌SBJ1005。該工程菌的最高產量達到2.2 g/L，與出發菌株相比，提高了11倍，已基本接近產業化要求。在此過程中，他們還組合運用體外CRISPR/Cas9系統與Gibson等溫一步法，開發了一種新型的基因簇編輯技術CGE，為放線菌天然產物生物合成體系的優化提供了重要的技術手段。

　　此外，基于MSGE理念，他們還構建了一系列含有多個外源ΦC31 attB位點的天藍色鏈霉菌異源表達底盤宿主，實現了氯霉素或抗癌小分子YM-216391合成基因簇多達4個拷貝的高效整合。與現有放線菌宿主相比，運用新底盤細胞測試的2種天然產物的產量提升了2-23倍。這些優秀底盤細胞的開發對于通過Genome mining策略發現新型天然產物的研究工作具有重要意義。

　　 該工作得到了國家科技部“973”與“863”項目的資助。

圖示：放線菌天然產物生物合成基因簇多拷貝穩定整合的新方法（MSGE）