放線菌在抗生素生產(chǎn)中的應(yīng)用

管寧　河南醫(yī)藥技師學(xué)院

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放線菌在抗生素生產(chǎn)中的應(yīng)用

管寧河南醫(yī)藥技師學(xué)院

摘要：放線菌在抗生素生產(chǎn)中具有調(diào)節(jié)作用，可以利用放線菌的基因組來控制抗生素生物合成基因的轉(zhuǎn)錄。在遺傳學(xué)上，對于Mr＜1000的分子需要10至50個(gè)基因來編碼，而每個(gè)抗生素生物合成基因簇約占放線菌基因組的1%，且具有多個(gè)不連續(xù)的基因簇，每個(gè)基因簇又合成各自的抗生素。因此，探討放線菌在抗生素生產(chǎn)中的應(yīng)用，需要從正負(fù)調(diào)控機(jī)制來分析。

關(guān)鍵詞：放線菌抗生素生產(chǎn)調(diào)控機(jī)制

抗生素合成基因簇多位于放線菌的基因組中，在抗生素生產(chǎn)中除了酶類基因，也受到放線菌自身抗性的影響。調(diào)節(jié)基因是具有識別性的基因簇，如灰色鏈霉菌中的鏈霉素基因簇，既有調(diào)節(jié)基因，又有抗性決定子；而對于弗氏鏈霉菌在合成泰樂菌素時(shí)，卻需要三個(gè)抗性基因和五個(gè)調(diào)節(jié)基因。盡管調(diào)節(jié)基因與生物合成并非存在同一基因簇，如糖多孢菌不含紅霉素合成基因簇的調(diào)節(jié)子，也沒有其他基因，而泰樂菌素在合成時(shí)則需要同源基因。

一、放線菌的正向調(diào)節(jié)機(jī)制

抗生素生產(chǎn)中由于受到級聯(lián)調(diào)節(jié)的制約，會激活其他被隱藏的啟動(dòng)子，并成為轉(zhuǎn)錄抗生素合成的操縱子，來調(diào)節(jié)其代謝。DNA測序技術(shù)利用途徑特異性調(diào)節(jié)蛋白家族“SARPs”，來推測氨基酸序列，如Act IIORF4和Red D，以及Dnr I。SARPs具有途徑專一性調(diào)節(jié)作用，并能夠滅活各自對應(yīng)調(diào)節(jié)基因在抗生素中的合成。我們可以通過DNA片段的克隆功能，來提升抗生素生產(chǎn)水平。由此可見，對于SARPs的途徑特異性，適應(yīng)于對傳統(tǒng)菌種的改良，尤其是專一性調(diào)節(jié)基因的自我克隆，更具有顯著的效果。在整個(gè)抗生素生物合成基因簇中，對于每個(gè)調(diào)節(jié)蛋白，可以通過轉(zhuǎn)錄分析，來鑒定啟動(dòng)子，并通過DNA互補(bǔ)技術(shù)來激活。如actII-ORF4基因能夠控制act生物的合成轉(zhuǎn)錄；同樣，對于波賽鏈霉菌dnrI基因，同樣可以控制dnr基因簇的轉(zhuǎn)錄。在這些基因簇中，每個(gè)蛋白至少結(jié)合在兩個(gè)點(diǎn)上，且形成不同的啟動(dòng)子對；而對于啟動(dòng)子來說，由于整個(gè)鏈霉素合成基因在轉(zhuǎn)錄中受到strR基因的控制，因此可以通過啟動(dòng)子來調(diào)節(jié)合成。在工業(yè)抗生素生產(chǎn)上采用多效調(diào)節(jié)，在不產(chǎn)抗生素的突變菌株中，多途徑中的功能蛋白，讓突變株失去產(chǎn)孢子能力。這種級聯(lián)調(diào)控要比途徑專一性調(diào)控層次高，也就是說，細(xì)胞外誘發(fā)細(xì)胞內(nèi)的反應(yīng)，能夠?qū)崿F(xiàn)對抗生素的生產(chǎn)調(diào)節(jié)。針對泰樂菌素的合成，弗氏鏈霉菌作為正調(diào)節(jié)基因，顯然與產(chǎn)碳霉素的耐熱鏈霉菌有關(guān)，其中tylS基因簇與大環(huán)內(nèi)酯類抗生素有關(guān)；當(dāng)tylT基因失去活性，泰樂菌素仍然合成，只是合成量降低，可見，對于泰樂菌素來說，并非是單生物合成途徑有關(guān)的SARPs。同樣，tyLR在tyl基因簇中的調(diào)節(jié)作用上，一方面作為調(diào)節(jié)基因存在，但并未與抗生素合成表現(xiàn)出較大關(guān)聯(lián)度；另一方面，通過tylR的活化作用，tylS促進(jìn)了tylU的表達(dá)，而tylS 與tulU蛋白又共同促進(jìn)了tylR的產(chǎn)生。

二、放線菌的負(fù)向調(diào)節(jié)機(jī)制

在灰色鏈霉菌合成中，A-因子介導(dǎo)是在級聯(lián)調(diào)節(jié)下完成的，其過程由誘導(dǎo)物來激活adpA，而adpA通過阻遏作用來實(shí)現(xiàn)。也就是說，對于灰色鏈霉菌，A-因子是受體，而ArpA蛋白作為多重調(diào)節(jié)基因，主要通過觸發(fā)次級代謝來形成。以泰樂菌素生產(chǎn)為例，對于tylQ是tylR的阻遏物，利用野生型弗氏鏈霉菌tyl基因簇進(jìn)行反轉(zhuǎn)錄PCR分析，可知tylQ基因被激活，但在泰樂菌素合成中處于沉默狀態(tài)。我們在實(shí)驗(yàn)分析中發(fā)現(xiàn)，tylQ菌株不產(chǎn)生泰樂菌素，然而tylQ和tylR在轉(zhuǎn)錄物中并未檢測到。利用tylQ來提升泰樂菌素的產(chǎn)量已經(jīng)產(chǎn)業(yè)化，它能夠從調(diào)節(jié)基因上來改變單個(gè)氨基酸殘基，并從抑制典型基序的下游螺旋區(qū)中組氨酸向谷氨酰胺的轉(zhuǎn)換。因此，通過破壞tylQ，促進(jìn)了tylR的過度表達(dá)，也提升了泰樂菌素的產(chǎn)出率。顯然，通過對tylP控制tylQ，發(fā)現(xiàn)GB-結(jié)合蛋白靶標(biāo)位點(diǎn)的特征，在這個(gè)研究基礎(chǔ)上，可以通過可靠靶標(biāo)位點(diǎn)與FarA的自調(diào)節(jié)結(jié)合位點(diǎn)進(jìn)行識別。以淡青紫鏈霉菌的工程菌株為例，tylP對tylP和tylQ具有抑制作用，由于tylP和tylQ本身具有“PARE”序列，也受到tylS啟動(dòng)子的影響，因此，從tylP對tylQ的控制性上，一方面對tylS進(jìn)行抑制，另一方面通過tylP的自調(diào)節(jié)作用來完成。也就是說，在泰樂菌素生產(chǎn)中，各過程的進(jìn)行是不完整的，tylS在生產(chǎn)調(diào)節(jié)模式中的作用，可能是正相關(guān)，也可能是負(fù)相關(guān)。盡管tylS含量會增加，但并不能推測，tylP對tylQ產(chǎn)生抑制作用。

三、結(jié)語

從抗生素生產(chǎn)控制來看，對于tylP作為調(diào)節(jié)多基因，與其他天然鏈霉菌一樣，對同源結(jié)合蛋白合成的影響需要進(jìn)行再驗(yàn)證。現(xiàn)在來看，在灰色鏈霉菌生產(chǎn)中，ArpA作為單個(gè)靶啟動(dòng)子，而對于GB-結(jié)合蛋白，對抗生素的生產(chǎn)是否有別的影響。我們通過對抗生素合成期間各調(diào)節(jié)單元之間的關(guān)系進(jìn)行探討，可以得出基本結(jié)論。抗生素生產(chǎn)過程中，各基因組可能依據(jù)各自的調(diào)節(jié)階段，共同參與到抗生素的合成中，至于各基因組在具體形成及相互作用中的變化，更需要從詳細(xì)的試驗(yàn)中來梳理。

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