糖化合物调控游动放线菌合成阿卡波糖及其结构类似物的机制解析

Acarbose biosynthesis in A. utahensis is very complicated, accompanied with a lot of analogs. To resolve these challenging problems, the underlying mechanism of acarbose and its analog synthesis in A. utahensis are elucidated in detail by using proteome, transcriptome sequencing analyses and enzyme engineering technique. The precise location of genes and key enzymes responsible for phenotype related to saccharine preference, osmotic resistance are determined. Also, the relationship between gene transcription, protein expression levels and acarbose titer, impurities synthesis are to be elucidated. The developed molecular mechanism of saccharides induction is helpful to maximize the substance flow to acarbose catabolism and minimize the formation of impurities. The project could resolve the basic scientific problem of ration design of A. utahensis genetic engineering, providing a novel methodology for development of the glycosidase inhibitor drugs manufacturing process.

游动放线菌发酵阿卡波糖存在代谢途径复杂、结构类似性杂质组分多等技术难题。本项目创造性地提出运用转录组、蛋白组和酶工程技术解析从分子水平上阐述糖化合物影响阿卡波糖高产菌A. utahensis ZJB-08196合成阿卡波糖及其结构类似性杂质组分的代谢途径，准确定位A. utahensis ZJB-08196糖利用表型相关的基因、关键酶；确定基因转录水平、蛋白质表达水平、阿卡波糖效价、杂质组分合成之间的关系，阐明糖化合物诱导基因表达差异的分子机制，以最大限度强化物质流向阿卡波糖迁移、阻断杂质组分形成。通过本项目的研究解决游动放线菌理性遗传工程改造的基础科学问题，为创新糖苷酶抑制剂类药物制造技术提供一条新途径。

游动放线菌发酵阿卡波糖存在代谢途径复杂、结构类似性杂质组分多等技术难题。围绕项目申请书的研究内容，项目开展了高效糖苷酶抑制剂高通量筛选模型研究，发明了基于阿卡波糖淬灭α-淀粉酶催化显色反应的阿卡波糖产生菌高通量筛选方法，构建游动放线菌低能氮离子束注入与化学组合诱变技术，获得了阿卡波糖高产菌株；运用转录组、蛋白组和酶工程技术解析从分子水平上阐述糖化合物影响犹他游动放线菌合成阿卡波糖及其结构类似性杂质组分的代谢途径；确定基因转录水平、蛋白质表达水平、阿卡波糖效价、杂质组分合成之间的关系，阐明糖化合物诱导基因表达差异的分子机制，以最大限度强化物质流向阿卡波糖迁移、阻断杂质组分形成；揭示了阿卡波糖合成代谢途径和小分子物质介导的合成促进机制，创建了连续变速补料发酵新技术，实现阿卡波糖的高强度生物合成；利用杂质形成关键糖苷转移酶温度依赖性特征，开发了低温预处理-两步层析阿卡波糖分离纯化技术。本项目创造性地提出运用转录组、蛋白组和酶工程技术解析从分子水平上阐述糖化合物影响阿卡波糖高产犹他游动放线菌合成阿卡波糖及其结构类似性杂质组分的代谢途径，准确定位犹他游动放线菌糖利用表型相关的酶及编码基因；确定基因转录水平、蛋白质表达水平、阿卡波糖效价、杂质组分合成之间的关系，阐明糖化合物诱导基因表达差异的分子机制，以最大限度强化物质流向阿卡波糖迁移、阻断杂质组分形成。通过本项目的研究解决游动放线菌合成阿卡波糖调控的基础科学问题，为创新糖苷酶抑制剂类药物制造技术提供一条新途径。.项目组在国内外学术期刊上共发表论文18篇，还有5篇英文论文在修改和投稿状态，预计在2019-2020年期间会陆续接受发表；发表国际会议论文和国内学术会议论文各2篇；申请国家发明专利4项。其中SCI收录论文5篇，中文A类期刊论文2篇。2015年，项目研究成果“阿卡波糖原料和制剂生产关键技术及产业”荣获国家科学技术进步奖二等奖。