放线菌次级代谢途径的设计.pdfVIP

《生物工程进展》1999, . 19, . 5 V o l N o 放线菌次级代谢途径的设计 周　军　唐雅君　张惠展 (华东理工大学生化工程系　上海　200237) 摘要　近来有关放线菌次级产物生物合成的分子遗传学和生物化学方面的进展为我 们改造其代谢途径提供了一个明确的方向。近年来, 对微生物的初级代谢途径进行基因改 造取得了成功, 但放线菌的次级代谢工程产物却都没有达到中试或生产规模。进展如此缓 慢的主要原因是放线菌 自身复杂的代谢途径以及细胞循环中复杂的调节方式及其特异 性。目前人们着力于通过基因操作改造酶, 从而重新设计以其催化产物为基本骨架的代谢 途径, 最终产生修饰的或新的天然终产物。本文将讨论达到此 目的的几种设计策略。 关键词　放线菌　次级代谢　抗生素　代谢工程　6脱氧己糖代谢　多聚链　肽。 原因是放线菌代谢途径的复杂性、菌株特异性 前言 ( 大部分情况下一种途径仅存在于某一特定种 ( ) ) 所谓代谢工程 m etabo lic en g in eer in g 指 类的少数菌株中 以及遗传不稳定性。 的是通过改变细胞内的生化途径产生 目的代谢 1　放线菌次级代谢产物生物合成途径的特性 产物的生物技术, 使天然终产物过量生产或合 成新产物, 其中新产物可能是传统途径中的中 放线菌可以产生相当多的低分子量次级代 [ 1 ] ( 间产物或经修饰 的终产物 。近年来, 由于 谢物。迄今为止, 大约上万种生物活性物质 如 ) DN A 重组技术的发展, 使得用基因技术改造代 抗生素 中的三分之二是由放线菌产生的, 这与 谢途径成为可能。代谢工程的特点是对分解代 其自身的生理特性是分不开的。在放线菌生活 谢和合成代谢中多步催化反应进行定向的遗传 周期中, 营养细胞分化成气生菌丝和孢子时, 需 改变。 要大量丰富多彩的次级代谢来合成各种控制分 目前, 对微生物初级代谢途径的生化改造 化和细胞周期的专一性物质, 并且次级代谢在 已有成功的例子, 如: ( 1) 通过引入编码依赖 细胞进化过程中不断被优化改造, 这种改造过 ( ) 程的特征是生物合成途径中新基因组的形成, 的 2, 5二酮 葡萄糖酸 2, 5 N A D PH D D K G 还原酶基因产生了欧文 氏菌属突变株; [2 ] (2) 酶蛋 白的功能转换及某种现存基因或酶的缺 通过多拷贝载体增强使终产物脱敏的 3脱氧 失, 结果产生了为数众多的代谢物家族。细菌细 D 阿拉伯糖景天糖酸酶基因以及编码分枝变 胞内终产物的多样性是由以下因素决定的: ( 1) ( 各种形式的酶催化功能向不同方向演变; (2) 位酶和预苯酸脱水酶等代谢分支点基因 它们 对 色氨酸和 苯丙氨酸的反馈抑制不敏感) 代谢途径发生多样性异化;