锐谈 | Metab. Eng：酿酒酵母中β-内酰胺类母核的从头合成

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分类：新闻动态
作者：羽言风
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发布时间：2023-03-27 13:32
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青霉素类和头孢类抗生素属于β -内酰胺类抗生素，通过干扰细菌细胞壁的形成发挥抗菌作用。

工业上分别由Penicillium chrysogenum和Acremonium chrysogenum生产青霉素G和头孢菌素C，再通过固定化酶催化生产活性药物中间体(API)，包括青霉素类中间体6-氨基青霉烷酸（6-APA）、头孢类中间体7-氨基头孢烷酸（7-ACA），7-氨基去乙酰氧基头孢烷酸（7-ADCA）。

最近，中国科学院天津工业生物技术研究所的孙周通团队于Metabolic Engineering发表文章“Biosynthesis of β-lactam nuclei in yeast” 在本研究中，以生长更快，遗传背景更清晰的酿酒酵母作为底盘，从头合成了头孢菌素C（CPC），7-ACA，7-ADCA和6-APA（图1）。

首先，研究人员基于CPC的生物合成途径设计了模块I和模块II。

模块I将ACVS和PPtase共表达生产三肽ACV。

模块II中，对CPC合成途径中的四个基因进行不同物种来源的筛选和优化组合，CPC的产量达到了170.1 ± 4.9 μg/g DCW。

在此基础上，通过模块III引入CPC酰基转移酶（CPCA）催化合成7-ACA。研究人员通过蛋白质工程改造，从目前最高活性的来源于假单胞菌属的S12突变体为起点，设计了两个人工CPC酰化酶E742和E743，使7-ACA的产量提高了51.2%，达到了6.2 ± 1.1 μg/g DCW。

接下来，研究人员用模块IV中的IPN酰基转移酶将模块I产生的IPN转化为6-APA。通过尝试Symbiodinium microadriaticum来源的ACVS基因并去除终止密码子的方法来优化ACV的合成，同时再添加一个标记了过氧化物酶体靶向序列（PTS1）的IPN酰基转移酶，6-APA的产量达到了5.3 ± 0.2 mg/g DCW。

最后，研究人员在6-APA生产菌的基础上，设计了另一个模块V将6-APA 转化为 7-ADCA。目前，只有来源于Streptomyces clavuligerus 的脱乙酰氧头孢菌素C合成酶（DAOCS）的突变体H7能够催化6-APA生成7-ADCA，研究人员通过蛋白质工程将ScDAOCS的活性提高了6.2倍，构建的7-ADCA生产菌的产量达到了1.7 ± 0.1 mg/g DCW。

综上所述，本研究首次在酿酒酵母中实现了抗生素CPC以及β-内酰胺母核（包括7-ACA、6-APA和7-ADCA）的从头合成。虽然目前产量较低，但这项研究表明了酿酒酵母是具有生产β内酰胺类化合物的潜力，后期经过改良和放大工艺可能会进一步提高β-内酰胺母核的产量。

原文链接：https://www.sciencedirect.com/science/article/abs/pii/S1096717622000350

作者：羽言风

编辑：全全