Exogenous and endogenous increase in fungal GGPp increased fungal Taxol production
- 作者
- Sameh S. M. Soliman, Kareem A. Mosa, Ali A. El-Keblawy, Mohamed I. Husseiny
- 杂志
- Applied Microbiology and Biotechnology（2017）
- DOI
- 10.1007/s00253-017-8509-9
- 所属领域
- 代谢工程
- 关键词
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解决的核心问题
如何提高内生真菌Paraconiothyrium SSM001中抗癌药物紫杉醇（Taxol）的产量，其关键在于增加萜类前体GGPP（香叶基香叶基二磷酸）的供应。
研究策略
通过外源饲喂萜类前体（IPP和GGPP）以及利用农杆菌介导的转化将红豆杉（Taxus canadensis）的GGPPS基因整合至真菌基因组，从外源和内源两方面增大GGPP池大小，从而促进真菌Taxol的生物合成。
核心内容
本研究针对产紫杉醇内生真菌Paraconiothyrium SSM001中抗癌药物紫杉醇产量受限的问题，从外源和内源两条途径增大萜类前体香叶基香叶基二磷酸（GGPP）的供应以促进紫杉醇合成。外源饲喂IPP和GGPP分别使紫杉醇产量提高3倍和5倍；进一步通过农杆菌介导法将红豆杉来源的GGPPS基因整合至真菌基因组，获得的转化子#7T紫杉醇产量较对照菌株C3提高3倍，且类胡萝卜素水平显著增加，表明整合的GGPPS具有体内活性；对#7T再次饲喂GGPP后，紫杉醇产量又提高2倍，显示出外源补充与内源整合的协同增效作用。酵母功能互补实验证实了该GGPPS基因的功能。研究首次在产紫杉醇内生真菌中实现植物来源GGPPS基因的整合，证明通过增大前体池可有效驱动紫杉醇生物合成，为利用内生真菌工业化生产紫杉醇提供了可行的代谢工程策略。
创新点
首次在产紫杉醇内生真菌中利用农杆菌介导法整合植物来源的GGPPS基因；证实外源GGPP饲喂可进一步提高GGPPS表达和Taxol产量；建立了以外源前体补充与内源基因整合相结合的萜类前体增流策略。
研究对象（3）
| 底盘细胞 | 代谢通路 | 基因 | 蛋白 | 功能 | 说明 |
|---|---|---|---|---|---|
| Paraconiothyrium SSM001 | 紫杉醇（Taxol）生物合成途径 | TcGGPPS (来自Taxus canadensis) | 香叶基香叶基二磷酸合酶 (GGPPS) | 催化 | 通过农杆菌介导整合到真菌基因组，增加GGPP池大小 |
| Saccharomyces cerevisiae SFNY368 | 萜类生物合成途径 | TcGGPPS | GGPPS | 催化 | 用于功能互补验证，证明TcGGPPS具有活性 |
| Paraconiothyrium SSM001 | 类胡萝卜素生物合成途径 | 内源GGPPS | GGPPS | 催化 | 类胡萝卜素水平作为GGPP池大小的指示 |
关键发现
- 外源饲喂IPP和GGPP分别使真菌Taxol产量提高3倍和5倍
- 将Taxus canadensis的GGPPS基因整合至Paraconiothyrium SSM001基因组后，菌株#7T的Taxol产量比仅含潮霉素抗性基因的对照（C3）提高3倍，且类胡萝卜素水平显著增加
- 对#7T进一步饲喂GGPP后，Taxol产量再提高2倍。酵母功能互补实验证明pTFG中的GGPPS基因具有活性。在约20个潮霉素抗性转化子中，4个（2T、4T、5T、7T）经PCR确认基因组和cDNA均含GGPPS基因（约1.2 kb）。潮霉素B浓度为1.0 μg/mL时即可完全杀死野生型真菌。
研究结论
研究表明，通过外源饲喂GGPP或内源整合植物GGPPS基因来增加萜类前体池，可有效提高内生真菌的Taxol产量；该策略为利用内生真菌工业化生产Taxol提供了新思路，未来可通过缩短转化时间及调控酚类途径进一步优化产量。