近日，生物工程領(lǐng)域國(guó)際知名期刊《Biotechnology & Bioengineering》以《Combination of traditional mutation and metabolic engineering to enhance ansamitocin P-3 production inActinosynnema pretiosum》為題在線(xiàn)發(fā)表了上海交通大學(xué)生命科學(xué)技術(shù)學(xué)院、微生物代謝國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室鐘建江教授團(tuán)隊(duì)的最新研究成果。

安絲菌素P-3(AP-3)是由珍貴橙色束絲放線(xiàn)菌(Actinosynnema pretiosum)產(chǎn)生的美登素類(lèi)抗生素，具有高效的抗腫瘤和抗菌活性。其抗體偶聯(lián)藥物曲妥珠單抗自2013年以來(lái)已在美國(guó)、加拿大、歐盟、日本等多個(gè)國(guó)家上市用于治療乳腺癌，市場(chǎng)前景非常好。但是，迄今為止缺乏對(duì)AP-3生產(chǎn)菌的生理代謝方面的深入研究，遺傳改造取得的進(jìn)展有限，在國(guó)際上AP-3的發(fā)酵水平也較低，難以滿(mǎn)足高效生產(chǎn)的商業(yè)化需求。

鐘建江教授團(tuán)隊(duì)十年前開(kāi)始與鄧子新院士、白林泉教授等合作，一直致力于A(yíng)P-3的代謝與發(fā)酵工程研究。前期研究發(fā)現(xiàn)了異丁醇、鎂離子等環(huán)境因子調(diào)節(jié)可提高AP-3的發(fā)酵產(chǎn)量，并從關(guān)鍵基因轉(zhuǎn)錄和蛋白組學(xué)層面挖掘了異丁醇的作用機(jī)制(Bioresour Technol 2011, 102:1863-1868;Bioprocess Biosyst Eng 2017, 40:1133–1139);同時(shí)發(fā)現(xiàn)了鎂離子通過(guò)促進(jìn)丙二酰CoA和甲基丙二酰CoA這兩個(gè)延伸輔酶A前體的合成從而使AP-3產(chǎn)量在原有基礎(chǔ)上進(jìn)一步提高(Bioresour Technol 2011, 10: 10147-10150)。

該研究結(jié)合傳統(tǒng)誘變方法和代謝工程改造提高抗癌藥物安絲菌素P-3發(fā)酵產(chǎn)量，由博士研究生杜志強(qiáng)、碩士研究生張?jiān)礊楣餐谝蛔髡撸瑓⑴c完成者包括團(tuán)隊(duì)年輕教師錢(qián)志剛、肖晗等。課題組首先從觀(guān)察到安莎類(lèi)物質(zhì)在254nm存在特征吸收峰為基礎(chǔ)，設(shè)計(jì)了高通量篩選方法，從近500株突變株中篩選到一株AP-3高產(chǎn)突變株;緊接著針對(duì)該突變株，運(yùn)用代謝工程手段對(duì)AP-3生物合成途徑起始單位3-氨基-5-羥基-苯甲酸(AHBA)途徑以及甲氧基丙二酰ACP途徑進(jìn)行理性的遺傳改造，有效增強(qiáng)了這兩個(gè)前體途徑的供應(yīng)，最終使AP-3產(chǎn)量達(dá)到600 mg/L左右，比至今國(guó)內(nèi)外報(bào)道的最高產(chǎn)素水平(美國(guó)專(zhuān)利)還要高50%。該研究進(jìn)一步從基因轉(zhuǎn)錄水平和中間代謝物胞內(nèi)濃度等揭示了產(chǎn)量提升的理論基礎(chǔ)，也獲得了一些今后可望提高AP-3產(chǎn)量的信息。研究成果將直接有助于降低AP-3的生產(chǎn)成本、促進(jìn)其商業(yè)應(yīng)用。

該研究得到了國(guó)家自然科學(xué)基金(31370083)和上海市科學(xué)技術(shù)委員會(huì)上海市優(yōu)秀學(xué)術(shù)帶頭人計(jì)劃(14XD1402600)的大力支持。