卞光凯/刘天罡《SSB》：实现抗真菌芬净类药物前体纽莫康定B0高效生物合成

BioMed科技 · 公众号 · · 2025-01-01 20:32

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年来，真菌感染对公众健康的威胁日益严峻。然而，近40年来上市的新型抗真菌药物仅有棘白菌素类药物和三萜类药物艾瑞芬净。这两类药物均可抑制真菌细胞壁的合成，抗菌谱广且安全性高。纽莫康定B0（PB0）是首个棘白菌素类药物卡泊芬净的前体，是由丝状真菌Glarea lozoyensis产生的脂肽类化合物。当前其生产仍受限于发酵产量低、周期长和副产物较多等问题。因此，获得产量高、纯度高的PB0生产菌株不仅具有科学价值更具有重要的临床意义。

近日， 中科院深圳先进技术研究院卞光凯研究员与武汉大学刘天罡教授 合作在Synthetic and Systems Biotechnology上发表了题为“Metabolic engineering of Glarea lozoyensis for high-level production of pneumocandin B0”的研究成果。 该研究基于多组学分析，通过组合代谢工程对丝状真菌G. lozoyensis进行优化，在摇瓶发酵水平实现了2.63 g/L的PB0生物合成，相比出发菌株提高了108.7%。

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图1. 纽莫康定B0的生物合成基因簇及相关代谢网络

首先，为了精准挖掘限速步骤，该研究根据代谢网络对关键途径和代谢物进行了多组学分析。同时进行了启动子表征以确定适合菌株遗传操作的启动子。研究发现，在PB0的生物合成基因簇中存在3个限速酶，分别为II型硫脂酶GLHYD和两个CYP450s；同时依托组学分析，团队成功锁定了初级代谢中影响PB0合成的关键限速酶——分支酸合酶GLCS。对以上限速酶进行过表达，PB0产量均有所提升。

其次，PB0的合成过程存在多个竞争途径。作者基于基因簇预测，结合转录组和代谢组分析，锁定了两个竞争代谢物：PKS类产物6甲基水杨酸和PKS-NRPS杂合产物吡喃尼叮E。随后，作者通过CRISPR系统分别敲除了两个竞争途径的核心基因，提高了PB0合成中关键底物乙酰辅酶A的可及性，进而提高了PB0的发酵产量。

除此以外，该研究还对基因簇的转录调控进行了优化。参考米卡芬净前体FR901379的转录调控研究，团队发现了PB0基因簇中关键的全局调控因子GLHYP，通过过表达GLHYP，PB0的产量量较出发菌株显著提高了47%。

最终，为了实现有益策略的效果叠加，作者使用组合代谢工程策略对G. lozoyensis进行了优化。发酵结果显示，同时敲除两个竞争代谢途径，并过表达分支酸合酶、硫脂酶和转录因子的突变株PB0产量提升最为明显，摇瓶发酵产量达到了2.63 g/L，相比出发菌株提高了108.7%。

图2. 代谢工程改造G. lozoyensis高效合成纽莫康定B0

综上所述，该研究构建了高产PB0的丝状真菌G. lozoyensis菌株，对抗真菌药物卡泊芬净的高效生产和临床应用具有重要意义。另外，该研究策略也为其他PKS-NRPS杂合产物以及丝状真菌的代谢工程改造提供了借鉴。

中国科学院深圳先进技术研究院 卞光凯研究员 和微生物代谢国家重点实验室、上海交通大学生命科学技术学院 刘天罡教授 为本论文的共同通讯作者，武汉大学药学院博士生 张新怡 为本论文的第一作者。本项目得到了国家重点研发计划、国家自然科学基金和深圳市基础研究专项的资助。

通讯作者简介

卞光凯博士，中国科学院深圳先进技术研究院合成生物学研究所研究员，博士生导师。省部级青年人才，广东省杰出青年基金获得者。课题组聚焦于天然产物生物合成与天然产物药物生物制造，真菌生物材料的理论及应用研究。近5年在Nature，Nat. Catal.，Nat. Commun.，Adv. Mater.，PNAS，JACS，Angew. Chem，Metab. Eng.等期刊上发表一作和通讯文章十余篇。主持国家自然科学基金青年及面上项目、深圳市基础研究重点项目、承担科技部重点研发计划等项目。

课题组面向天然产物生物合成、生物制造方向，现招聘博士后和研究助理，以微生物或植物天然产物生物合成、合成生物学、代谢工程、生物信息学等背景优先，欢迎感兴趣的同志投递简历至邮箱[email protected]，简历及邮件标题请注明“应聘岗位-学校名称-专业-姓名”。

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