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链霉菌CB02959中四霉素及四烯菌素的鉴定及培养基优化
张燕珂 周迎 薛露 段燕文 朱湘成 颜晓晖
四霉素(Tetramycin)和四烯菌素(Tetrin)是具有广谱抗真菌活性的四烯大环内酯类抗生素。本研究前期利用antiSMASH对一株雷纳霉素(Leinamycin)类化合物的潜在产生菌株链霉菌CB02959进行分析时发现,该菌株含有一个纳他霉素(Natamycin)类四烯大环内酯化合物的生物合成基因簇。本研究通过生物信息学分析、大规模发酵、化合物提取分离、结构鉴定等工作,确认链霉菌CB02959为一株新的四霉素和四烯菌素产生菌,初步进行了其发酵优化和产量提升,为这类抗真菌天然产物的后续开发奠定了基础。
# 摘要 #
【背景】四霉素(Tetramycin)和四烯菌素(Tetrin)是具有广谱抗真菌活性的四烯大环内酯类抗生素。链霉菌CB02959是一株雷纳霉素(Leinamycin)类化合物的潜在产生菌株,利用antiSMASH分析其基因组发现该菌株含有一个纳他霉素(Natamycin)类四烯大环内酯化合物的生物合成基因簇。
【目的】对Streptomyces sp. CB02959中次级代谢产物进行研究,确定其是否可以产生四烯大环内酯化合物,对其发酵产物进行分离和结构鉴定,并进行初步的发酵优化以提高产量。
【方法】基于生物信息学预测和高分辨质谱数据,推测CB02959中多烯化合物的结构;在不同发酵培养基中培养CB02959,确定适合大规模发酵的培养基;敲除tetrA基因以确定目标基因簇和四烯大环内酯化合物产生的相关性;分离和鉴定CB02959产生的主要代谢物的结构;通过改变培养基中葡萄糖、麦芽提取物和胰蛋白胨的含量,提高四烯大环内酯化合物的产量。
【结果】通过对CB02959中纳他霉素类化合物生物合成基因簇的分析及16S rRNA基因序列的进化树分析,推测CB02959可能是一株新的四霉素和四烯菌素产生菌;在YEME发酵培养基中对CB02959进行大规模发酵,分离得到4个化合物,鉴定为四霉素A (1)、四霉素B (2)、四烯菌素A (3)、四烯菌素B (4);最后通过培养基的初步优化,将化合物1–4的产量分别提高至208.1、100.0、1 315.6、109.9 mg/L。
【结论】通过基因组挖掘策略发现了一株新的四霉素和四烯菌素产生菌链霉菌CB02959,并通过培养基优化提升了其四烯大环内酯化合物的产量,此发现为这类抗真菌天然产物的后续开发奠定了基础。
图1 纳他霉素、四霉素和四烯菌素的结构
Figure 1 Chemical structures of Natamycin, Tetramycins and Tetrins
图2 Streptomyces sp.CB02959中四霉素基因簇及纳他霉素基因簇比较
Figure 2 Comparison of the tetramycin biosynthetic gene cluster from Streptomyces sp.CB02959 with gene clusters from selected tetramycin and natamycin producers
图3 基于16S rRNA基因序列的纳他霉素和四霉素产生菌株的系统进化树
Figure 3 Phylogenetic analysis of natamycin and tetramycin-producing strains based on 16S rRNA gene sequence
图4 CB02959在不同发酵培养基中的HPLC图谱(A)以及化合物1–4的紫外吸收谱图(B)
Figure 4 HPLC profiles of CB02959 in different fermentation media (A) and the UV-vis spectrum (B) for compound 1–4
图5 CB02959 ΔtetrA突变株的构建及发酵验证
Figure 5 Generation and fermentation verification of CB02959 ΔtetrA mutant
图6 CB02959中化合物1–4产量的初步发酵优化
Figure 6 Preliminary fermentation optimization of compounds 1–4 from CB02959
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微生物学通报
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本期制作:赵彬涵
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