近日，生物工程領(lǐng)域國際知名期刊《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、微生物代謝國家重點實驗室鐘建江教授團隊的最新研究成果。

安絲菌素P-3(AP-3)是由珍貴橙色束絲放線菌(Actinosynnema pretiosum)產(chǎn)生的美登素類抗生素，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年以來已在美國、加拿大、歐盟、日本等多個國家上市用于治療乳腺癌，市場前景非常好。但是，迄今為止缺乏對AP-3生產(chǎn)菌的生理代謝方面的深入研究，遺傳改造取得的進展有限，在國際上AP-3的發(fā)酵水平也較低，難以滿足高效生產(chǎn)的商業(yè)化需求。

鐘建江教授團隊十年前開始與鄧子新院士、白林泉教授等合作，一直致力于AP-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制(Bioresour Technol 2011, 102:1863-1868;Bioprocess Biosyst Eng 2017, 40:1133–1139);同時發(fā)現(xiàn)了鎂離子通過促進丙二酰CoA和甲基丙二酰CoA這兩個延伸輔酶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、碩士研究生張源為共同第一作者，參與完成者包括團隊年輕教師錢志剛、肖晗等。課題組首先從觀察到安莎類物質(zhì)在254nm存在特征吸收峰為基礎(chǔ)，設(shè)計了高通量篩選方法，從近500株突變株中篩選到一株AP-3高產(chǎn)突變株;緊接著針對該突變株，運用代謝工程手段對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途徑進行理性的遺傳改造，有效增強了這兩個前體途徑的供應(yīng)，最終使AP-3產(chǎn)量達到600 mg/L左右，比至今國內(nèi)外報道的最高產(chǎn)素水平(美國專利)還要高50%。該研究進一步從基因轉(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、促進其商業(yè)應(yīng)用。

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