通过协调甘油利用和棒酸生物合成实现棒酸产量的提高

摘要

克拉维酸（棒酸）是一种由棒状链霉菌产生的非典型β-内酰胺类化合物。在临床上与传统的β-内酰胺类抗生素联合用药来治疗细菌感染。由于棒酸在临床上的重要意义，近些年大量的经费投入到棒酸的生物合成及其调控的研究中。
　　 ccaR位于头霉素C基因簇内，其编码的蛋白可以结合到棒酸合成簇内的ceaS2和claR的启动子区。ceaS2和下游的三个基因共转录参与棒酸的早期合成，claR编码的一个调节因子正调控棒酸的晚期合成步骤。CcaR通过正调控ceaS2和claR的转录控制棒酸合成簇内大部分基因的转录。
　　 三磷酸甘油醛(G3P)是棒酸生物合成的一个直接前体，所以它的供应直接影响棒酸的产量。而G3P可以由甘油利用途径提供，所以甘油利用途径(glpFlKlDl)对于棒酸产量来说非常重要。甘油操纵子的表达通过影响G3P的供应，进而影响棒酸产量。
　　 考虑到甘油利用对棒酸生物合成的重要性，在这里我们研究了在棒状链霉菌中使甘油利用和棒酸合成协调匹配的工程方法。将额外一个拷贝的ccaR克隆到甘油启动子(Pgy(1))的下游，然后整合到棒状链霉菌的基因组上。改造后ccoR和甘油操纵子的表达同时受到的甘油诱导。我们的结果表明，在发酵培养基中，相比较于自身启动子控制额外ccoR拷贝的对照菌株，由Pgy(1)控制额外ccaR拷贝的转化子的棒酸产量提高了3.19倍。和提高棒酸水平相一致的是，转化子中ccaR，ceaS2和claR的转录水平明显上调了。

目录

声明

摘要

第一章 文献综述

1．1 链霉菌

1．2 菌种改造

1．2．1 传统菌种改造

1．2．2 应性人工进化

1．2．3 核糖体工程

1．2．4 基因组改组(genome shuffling)

1．3 代谢工程

1．3．1 抗生素合成基因簇的异源表达

1．3．2 增加抗生素合成簇的基因表达水平

1．3．3 增加前体或辅因子供应

1．3．4 增强中心代谢途径

1．3．5 增强胞内抗生素的外排功能

1．3．6 改变发酵过程中菌体生长形态

1．3．7 提高氧气利用率和供应

1．3．8 抗生素的修饰改造

1．4 合成生物学技术

1．5 放线菌中次级代谢产物的合成及代谢工程改造

1．5．1 改变生物合成的前体供应

1．5．2 改变次级代谢途径的调控网络

1．5．3 改变次级代谢产物合成的结构基因

1．5．4 异源表达次级代谢产物合成的整个基因簇

1．6 棒状链霉菌中克拉维酸的合成及调控

1．6．1 棒酸

1．6．2 棒烷

1．6．3 合成途径及基因簇

1．6．4 调控蛋白CcaR

1．7 棒状链霉菌的代谢工程改造

1．8 甘油代谢调控

1．9 报告基因方法

1．9．1 邻苯二酚双加氧酶

1．9．2 邻苯二酚2，3-双加氧酶

1．9．3 邻苯二酚2，3-双加氧酶显色系统

第二章 材料与方法

2．1 材料

2．1．1 质粒、菌株和引物

2．1．2 培养基

1．2．3 实验试剂

2．2 实验方法

2．2．1 感受态的制备及转化

2．2．2 碱裂解法提取大肠杆菌质粒

2．2．3 链霉菌总DNA的少量制备

2．2．4 大肠杆菌-链霉菌的接合转移实验

2．2．5 PCR产物鉴定-琼脂糖凝胶电泳

2．2．6 菌种保存

2．2．7 DNA测序

2．2．8 目的DNA的回收

2．2．9 生物量的检测

2．2．10 甘油浓度的检测

2．2．11 XyIE活性的定性和定量检测

2．2．12 RNA提取及RT-PCR

2．2．13 二级液体发酵产棒酸实验及HPLC法检测棒酸产量

第三章 通过甘油利用和棒酸生物合成的匹配实现棒酸产量的提高

3．1 质粒pDR、pSGR和pSCR的构建

3．2 Pgyl and PccaR转录活性的评价

3．3 工程菌株和对照菌株的生长情况和棒酸产量的比较

3．4 S．clavuligerus pSGR转录情况的分析

第四章 讨论

在读期间发表的学术论文

参考文献

致谢