科学家在工业微生物中建立新型多靶点动态调控系统

中国科学院分子植物科学卓越创新中心姜卫红研究员课题组在工业微生物链霉菌中创建了一种便捷、普适、自发驱动的动态调控系统，可以同时对多个基因进行强度可调的动态转录干预，有效地提高目的产物的合成效率，为微生物天然产物细胞工厂的研究与改造提供了新策略。该研究成果近日在线发表于《核酸研究》。

随着合成生物学的发展，传统的基因敲除和过表达等静态代谢工程手段的局限性逐渐显现，对新技术、新策略的需求日益迫切。链霉菌作为一类重要的工业微生物，能够产生复杂多样的活性天然产物，如抗生素、抗肿瘤药物和免疫抑制剂等，为人类健康、农业和畜牧业的发展作出了贡献，但该菌的遗传操作主要通过静态代谢工程，具有局限性，阻碍了它们在工业微生物中的推广应用。

为此，研究人员在链霉菌中设计构建了一种新型的动态调控系统EQCi，通过使用γ-丁内酯信号分子响应的启动子驱动dCas9基因的表达，将内源性群体感应系统与基因转录抑制技术（CRISPRi）进行有机偶联。EQCi整合二者的技术优点，能够同时对代谢途径中多个基因进行全自动、精细动态调节，且操作简单、适用范围广。同时，研究人员选择具有抗衰老、抗癌和免疫抑制等生物活性的重要天然化合物—雷帕霉素作为目标产物，利用EQCi重塑雷帕霉素工业菌株—雷帕链霉菌的初级代谢网络。通过分别下调三羧酸循环途径、脂肪酸合成途径和莽草酸途径三个初级代谢途径中关键节点基因的转录，以增加雷帕霉素生物合成的前体供应，提高了其效价。进一步使用EQCi系统对三个途径的代谢流进行组合干预，并对每个节点的控制强度进行精细微调，获得的最佳工程菌株中雷帕霉素效价达到1836±191 mg/l，为目前报道的最高水平。与出发菌株相比，提高了约660%。此外，研究人员在另一株链霉菌—天蓝色链霉菌中测试了EQCi系统，通过动态控制三羧酸循环中的关键节点，提高了次级代谢产物放线紫红素的产量。

专家表示，EQCi系统的创建为链霉菌来源的重要次级代谢天然产物细胞工厂的构建提供了高效、通用的优化策略，并有望拓展到其他工业微生物的分子育种与改造。

相关论文信息：https://academic.oup.com/nar/article/doi/10.1093/nar/gkaa602/5872467?searchresult=1

版权声明：凡本网注明“来源：中国科学报、科学网、科学新闻杂志”的所有作品，网站转载，请在正文上方注明来源和作者，且不得对内容作实质性改动；微信公众号、头条号等新媒体平台，转载请联系授权。邮箱：shouquan@stimes.cn。