放线菌在抗生素生产中的应用

管宁　河南医药技师学院



放线菌在抗生素生产中的应用

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摘要：放线菌在抗生素生产中具有调节作用，可以利用放线菌的基因组来控制抗生素生物合成基因的转录。在遗传学上，对于Mr＜1000的分子需要10至50个基因来编码，而每个抗生素生物合成基因簇约占放线菌基因组的1%，且具有多个不连续的基因簇，每个基因簇又合成各自的抗生素。因此，探讨放线菌在抗生素生产中的应用，需要从正负调控机制来分析。

关键词：放线菌抗生素生产调控机制

抗生素合成基因簇多位于放线菌的基因组中，在抗生素生产中除了酶类基因，也受到放线菌自身抗性的影响。调节基因是具有识别性的基因簇，如灰色链霉菌中的链霉素基因簇，既有调节基因，又有抗性决定子；而对于弗氏链霉菌在合成泰乐菌素时，却需要三个抗性基因和五个调节基因。尽管调节基因与生物合成并非存在同一基因簇，如糖多孢菌不含红霉素合成基因簇的调节子，也没有其他基因，而泰乐菌素在合成时则需要同源基因。

一、放线菌的正向调节机制

抗生素生产中由于受到级联调节的制约，会激活其他被隐藏的启动子，并成为转录抗生素合成的操纵子，来调节其代谢。DNA测序技术利用途径特异性调节蛋白家族“SARPs”，来推测氨基酸序列，如Act IIORF4和Red D，以及Dnr I。SARPs具有途径专一性调节作用，并能够灭活各自对应调节基因在抗生素中的合成。我们可以通过DNA片段的克隆功能，来提升抗生素生产水平。由此可见，对于SARPs的途径特异性，适应于对传统菌种的改良，尤其是专一性调节基因的自我克隆，更具有显著的效果。在整个抗生素生物合成基因簇中，对于每个调节蛋白，可以通过转录分析，来鉴定启动子，并通过DNA互补技术来激活。如actII-ORF4基因能够控制act生物的合成转录；同样，对于波赛链霉菌dnrI基因，同样可以控制dnr基因簇的转录。在这些基因簇中，每个蛋白至少结合在两个点上，且形成不同的启动子对；而对于启动子来说，由于整个链霉素合成基因在转录中受到strR基因的控制，因此可以通过启动子来调节合成。在工业抗生素生产上采用多效调节，在不产抗生素的突变菌株中，多途径中的功能蛋白，让突变株失去产孢子能力。这种级联调控要比途径专一性调控层次高，也就是说，细胞外诱发细胞内的反应，能够实现对抗生素的生产调节。针对泰乐菌素的合成，弗氏链霉菌作为正调节基因，显然与产碳霉素的耐热链霉菌有关，其中tylS基因簇与大环内酯类抗生素有关；当tylT基因失去活性，泰乐菌素仍然合成，只是合成量降低，可见，对于泰乐菌素来说，并非是单生物合成途径有关的SARPs。同样，tyLR在tyl基因簇中的调节作用上，一方面作为调节基因存在，但并未与抗生素合成表现出较大关联度；另一方面，通过tylR的活化作用，tylS促进了tylU的表达，而tylS 与tulU蛋白又共同促进了tylR的产生。

二、放线菌的负向调节机制

在灰色链霉菌合成中，A-因子介导是在级联调节下完成的，其过程由诱导物来激活adpA，而adpA通过阻遏作用来实现。也就是说，对于灰色链霉菌，A-因子是受体，而ArpA蛋白作为多重调节基因，主要通过触发次级代谢来形成。以泰乐菌素生产为例，对于tylQ是tylR的阻遏物，利用野生型弗氏链霉菌tyl基因簇进行反转录PCR分析，可知tylQ基因被激活，但在泰乐菌素合成中处于沉默状态。我们在实验分析中发现，tylQ菌株不产生泰乐菌素，然而tylQ和tylR在转录物中并未检测到。利用tylQ来提升泰乐菌素的产量已经产业化，它能够从调节基因上来改变单个氨基酸残基，并从抑制典型基序的下游螺旋区中组氨酸向谷氨酰胺的转换。因此，通过破坏tylQ，促进了tylR的过度表达，也提升了泰乐菌素的产出率。显然，通过对tylP控制tylQ，发现GB-结合蛋白靶标位点的特征，在这个研究基础上，可以通过可靠靶标位点与FarA的自调节结合位点进行识别。以淡青紫链霉菌的工程菌株为例，tylP对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启动子的影响，因此，从tylP对tylQ的控制性上，一方面对tylS进行抑制，另一方面通过tylP的自调节作用来完成。也就是说，在泰乐菌素生产中，各过程的进行是不完整的，tylS在生产调节模式中的作用，可能是正相关，也可能是负相关。尽管tylS含量会增加，但并不能推测，tylP对tylQ产生抑制作用。

三、结语

从抗生素生产控制来看，对于tylP作为调节多基因，与其他天然链霉菌一样，对同源结合蛋白合成的影响需要进行再验证。现在来看，在灰色链霉菌生产中，ArpA作为单个靶启动子，而对于GB-结合蛋白，对抗生素的生产是否有别的影响。我们通过对抗生素合成期间各调节单元之间的关系进行探讨，可以得出基本结论。抗生素生产过程中，各基因组可能依据各自的调节阶段，共同参与到抗生素的合成中，至于各基因组在具体形成及相互作用中的变化，更需要从详细的试验中来梳理。

参考文献：

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