真菌是我们大自然重要的生物宝库,含有非常多的酶和一些天然产物,在治疗中发挥重要的作用,比如抗生素。青霉素的本质是在丝状真菌中产生的一类β-内酰胺非核糖体肽,非核糖体肽就是说一些产物是不通过核糖体翻译的过程,而是通过酶将不同的氨基酸进行连接,从而产生的一类重要的生活活性酶。
那么是否可以将丝状真菌中这些负责合成青霉素的基因,导入到常见的酵母中,进行常规培养,从而获取青霉素?
来自英国伦敦帝国理工学院的科学家们使用合成生物学工具与长读DNA测序相结合,将青霉素生产提高了50倍,产生生物活性产量,使酿酒酵母生长培养基对链球菌细菌具有抗菌作用,这项工作表明,酿酒酵母可以进行真菌的复杂生物合成,从而可以使用酵母进行非核糖体肽抗生素的合成。
真菌的苄青霉素pathway由五个基因组成,通过ACV(amino-adipyl-cysteinyl-valine )将半胱氨酸,缬氨酸和非标准氨基酸α-氨基己二酸转化成β-内酰胺抗生素。
首先
为
了
产
生
ACV
中
间产
物,将所需的
11.3kbp NRPS
基因
pcbAB
和
NRPS
激活基因
npgA
整合到
酿
酒酵母
BY4741 TRP1
基因座,然后使用液相色
谱质谱
(
LCMS
)与化学
标
准相比,确
认该
菌株
(
Sc.A1
)
中的
ACV
产
生
为了测试所有五种基因的同时表达是否可以形成苄青霉素生产,将含有
pcbC
和
酿
酒酵母
PTS1
标记的
pclA
和
penDE
的
质
粒
转
化到
Sc.A1
菌株中。通
过
LCMS
测量,所得菌株(
Sc.P1
)
显
示确
实产
生非常低量的
苄
青霉素。表明抗生素的活性分泌。
那么是否可以大量的增加相
应
的基因的表达那?
考
虑
到菌株
Sc.P1
生
产
的少量
苄
青霉素,科学家
们
接下来
寻
求
优
化
酿
酒酵母中
苄
青霉素的
产
生。改善生物合成
产
率的一个常
见
策略是改
变
通路
酶
的表达水平,通常通
过
改
变
相
应
基因的启
动
子。
这
可以增加通
过
阻止任何抑制性中
间
体
产
生的量,并且
还
可以帮助找到
酶
的合理的表达水平,
这
些
酶
允
许
其正确的折叠和
亚细
胞定位,
科学家们
使用最近描述的用于酵母的
DNA
装配的模
块
化克隆方法,构建并
测试
了
苄
基青霉素途径基因与已知在
强
度和表达
动
力学上
变
化的不同启
动
子的数百种不同
组
合,科学家
们
使用
这
种方法首先
优
化
ACV Nrp
中
间
体的生
产,
然后将
ACV
转化为苄青霉
素。
在这篇文章中科学家们向我们展示了在酵母内合成青霉素的关键步骤,展现了合成生物学强大的一面,可以预想在不遥远的将来,很多天然产物都可以通过相应的合成生物学途径生成
。