碳源调控珍贵束丝放线菌中抗癌药安丝菌素生物合成的研究

Ansamitocins are an important class of anticancer antibiotics. In Actinosynnema pretiosum, different carbon sources (glucose, fructose, galactose, xylose and sucrose) were found to have large effects on the production of ansamitocin. Glucose was the best carbon source for the growth of A. pretiosum, and fructose was favorable for ansamitocin production. This project is based on the precious work, and combine with signaling molecule-cAMP, enzymology, gene overexpression, gene knockout, gene transcription, to clarify the effects of important nutritional factor- carbon source on ansamitocin biosynthesis , and to explain a broad spectrum of carbon-glucose to inhibit mechanisms of ansamitocin biosynthesis. The inner mechanism was further investigated for A. pretiosum cells grown on either glucose or fructose to explore the relationship between the different carbon sources metabolism and ansamitocin biosynthesis. The completion of this research will help to construct recombinant strains to a produce highly efficient ansamitocin in glucose medium. It will be perspective to promote ansamitocin application as a new anticancer antibiotic in the medical field, and also for related species to provide reference in metabolism engineering.

安丝菌素(ansamitocins)是一类重要的抗癌抗生素，在珍贵束丝放线菌橙色变种(Actinosynnema pretiosum)中，发现不同碳源(葡萄糖，果糖，半乳糖，木糖和蔗糖)对生产安丝菌素产生很大的差异，结果表明葡萄糖最利于菌体生长，果糖最利于菌体合成安丝菌素。本研究拟通过对珍贵橙色束丝放线菌结合信号分子cAMP、酶学、基因的敲除、基因过表达、基因转录的考察，阐明在发酵培养过程中重要营养因子碳源对安丝菌素生物合成的差异的影响机制，解析广谱碳源葡萄糖抑制安丝菌素合成的内在机理。本研究的完成，有助于构建一个以葡萄糖为碳源高效生产安丝菌素的重组菌株，促进安丝菌素作为一个新的抗癌抗生素在医药领域的应用，也为相关菌属的代谢工程改造提供借鉴。

安丝菌素是一类由珍贵束丝放线菌橙色亚种生产的美登素类衍生的抗生素，属于大环内酰胺类物质。 通过对碳源的筛选，我们发现果糖对安丝菌素生产有明显的促进作用，同时发现甘油和淀粉也有重要作用。以这三种碳源为因素，通过多轮中心组合设计优化得到一个最优组合，在9.36 g/l果糖、26.79 g/l甘油和3.03 g/l淀粉条件下安丝菌素P-3产量可以达到144 mg/l，是目前报道野生型摇瓶水平发酵最高产量。.通过对比分别在果糖和葡萄糖为主要碳源的发酵条件下关键时间节点的相关基因转录水平分析发现，在果糖为主要碳源情况下细胞内中心碳代谢葡萄糖-6-磷酸节点周围磷酸戊糖途径相关基因下调、合成葡萄糖-1-磷酸途径相关基因上调，一些聚酮合酶途径前体供给相关基因、安丝菌素生物合成结构基因和安丝菌素生物合成调控基因也都上调。果糖可以从供给更多的前体和提高次级代谢基因表达水平两方面整体刺激安丝菌素地合成。使用果糖代替葡萄糖作为主要碳源，发现葡萄糖-6-磷酸节点流量重排，磷酸葡萄糖变位酶编码基因的转录水平上调这一现象，过表达该基因发现葡萄糖-6-磷酸和葡萄糖-1-磷酸浓度都有增加，并且安丝菌素产量上升，这说明增加葡萄糖-1-磷酸的合成可以有效增加安丝菌素产量。此外,我们采用代谢组的方法分析不同碳源葡萄糖和果糖影响AP-3的原因，从而找到AP-3生物合成的限制性位点，为进一步改造AP-3菌株提供较系统和全面的理论基础。