代谢工程研究及其在柔红霉素产生菌中的应用
微生物代谢工程的研究与应用
微生物代谢工程的研究与应用在现代生物技术领域中，微生物代谢工程是一个重要的研究方向。
微生物是生命科学中最古老、最关键的研究对象之一。
微生物代谢工程则着眼于利用微生物的代谢路径，改造它们的基因组和代谢网络，以达到开发新药、生产化学品、生物燃料等目的。
一、微生物代谢工程的定义与发展微生物代谢工程，顾名思义，就是通过改变微生物的代谢通路和调控机制，实现有目的地合成特定化合物的一种技术。
其研究领域主要包括基础研究和应用研究，涉及微生物基因组学、生物化学、微生物遗传学、生物信息学等多个方向。
随着生物技术的迅速发展，微生物代谢工程的研究也进入了一个全新的阶段。
过去的20年中，关于微生物代谢工程的研究已经取得了大量的进展，被广泛应用于产生药物、化学品和食品添加剂等领域。
目前，已经有许多微生物代谢工程方面的应用走上了实际生产阶段，如化学品生产、酒精、酱油、味精、乳制品、香肠、奶酪等，进一步推动了微生物代谢工程的发展。
二、微生物代谢工程的理论基础微生物代谢工程的研究基于微生物的代谢途径和代谢调节机制。
生物代谢是维持生命活动的必要过程，通过一系列的酶促反应将有机物转化为生物分子。
因此，生物代谢通路和调控机制成为许多生物过程的基础。
为了实现更准确的代谢工程操作，微生物基因组学、代谢组学和转录组学等技术应运而生。
其中，微生物基因组学研究微生物的基因组结构和功能，代谢组学研究代谢产物和代谢通路，转录组学则研究基因表达和调控。
三、微生物代谢工程的应用1、合成特定的天然产物天然产物是代谢通路的末端产物，在生物调节机制的影响下，微生物可以通过代谢通路合成多种天然产物。
通过微生物代谢工程的手段，可以将微生物的代谢通路改造为目标产物的生物转化通路，从而合成更多、更高效的目标产物，如抗生素、维生素、蛋白质等。
2、生产化学品微生物代谢工程不仅可以合成天然产物，还可以合成人工合成的化学物质。
通过调控微生物代谢通路，可以生产关键化学物质，并加工为日常生活中需要的产品，如农药、染料、化妆品等。
微生物代谢工程的研究与应用
微生物代谢工程的研究与应用随着现代科技的快速发展，人类对各种现象和生命体现有了更加深入的了解。
微生物代谢工程是一种应用生物技术的理论和技术，它已经成为了生物制造的重要突破口之一。
在利用微生物代谢工程的过程中，可以通过改变微生物基因组合和代谢途径，达到控制生产过程的目的。
近年来，随着微生物代谢工程的发展和应用的不断扩展，对于生产特定化合物的需求也越来越大。
本文主要讨论微生物代谢工程的研究与应用。
一、微生物代谢工程的基本概念微生物代谢工程是一种基于微生物生长的方法，通过改变微生物的代谢途径和基因组成，来生产特定化合物和代谢产物的方法。
通过对微生物代谢通路的理解和分析，将代谢途径的合理组合和改造，进而提高特定化合物的产量，是微生物代谢工程的关键技术之一。
在微生物代谢工程中，通过转化目标代谢通路、调节代谢途径，控制化学反应和代谢过程，从而实现特定化合物的生产。
这个过程需要通过分析代谢途径的基本过程，研究代谢通路组成和被调节的关键酶，以及分析微生物在特定环境下的代谢差异性和应答机制。
只有在这些分析和认知基础上，才能构建生物表达系统，进而达到高效生成所需特定化合物，实现微生物代谢工程的应用。
二、1. 微生物代谢工程的研究微生物代谢工程的研究是基于微生物的代谢途径，通过基因工程技术和代谢工程技术来改造微生物代谢途径和基因组成，以改变微生物生产特定化合物的潜力。
在微生物代谢工程的研究中，常用的方法有以下几个方面：（1）代谢途径的优化微生物代谢途径的组成和排序，对特定化合物的生产影响巨大，通过改变微生物代谢途径，来优化代谢途径的组成和排序，从而提高微生物生产特定化合物的产量和质量。
例如，在生产8-amino-7-oxononanoic acid（AON）的过程中，通过将7-羟基-5-氨基己酸的产物引入大肠杆菌的乙酰辅酶A途径，进而实现AON的快速合成，从而提高了AON的生产效率。
（2）基因组成的改良改变微生物基因组成，对于代谢途径的优化和调节，具有重要影响。
微生物代谢工程技术的研究与应用
微生物代谢工程技术的研究与应用随着科学技术的发展，微生物代谢工程技术成为了当今生物技术领域的热门研究方向。
本文将围绕该主题展开讨论，对微生物代谢工程技术的研究与应用进行探究。
一、微生物代谢工程技术的定义微生物代谢工程技术是指通过改变微生物代谢通路，调节代谢途径中关键酶的活性或改变微生物的代谢基因，使其产生特定的代谢产物或提高代谢效率的技术。
微生物代谢工程技术目前已经广泛应用于生物制药、化工、农业等领域。
二、微生物代谢工程技术的研究内容微生物代谢工程技术主要包括以下内容：1. 代谢通路设计在进行微生物代谢工程时，通常需要设计并优化代谢途径，通过改变微生物代谢途径，产生特定的代谢产物。
代谢通路的设计是微生物代谢工程研究的核心之一。
2. 酶的工程学酶是微生物代谢途径中非常重要的组成部分，通过对关键酶的催化活性进行改变，可以有效地影响代谢产物的合成。
酶的工程学研究主要包括酶的分离与纯化、酶的催化机理研究、酶催化活性改变等方面。
3. 代谢基因的工程学通过改变微生物的代谢基因，可以有效地调节微生物的代谢途径，产生特定的代谢产物。
代谢基因的工程学研究主要包括基因克隆、基因表达调控、质粒构建等方面。
三、微生物代谢工程技术的应用微生物代谢工程技术目前已经广泛应用于生物制药、化工、农业等领域。
下面分别就这些领域进行具体讨论。
1. 生物制药生物制药是由生物技术制备的药品，具有高效、低毒副作用等特点。
微生物代谢工程技术在生物制药领域中有着广泛的应用，例如使用大肠杆菌作为生产载体，通过代谢基因的工程学手段，可以合成多肽类药物、重组蛋白等生物制药品。
2. 化工微生物代谢工程技术在化工领域的应用主要体现在代谢物的生产和污染物降解等方面。
利用微生物的合成能力，可以生产各种精细化学品，例如丙酮、丁酸、丁二醇等。
此外，利用微生物的污染物降解能力，可以降解有机废水、有机废气等固体、液体、气体污染物。
3. 农业微生物代谢工程技术在农业领域中的应用主要体现在微生物肥料和生物农药的生产等方面。
微生物代谢工程的研究与应用
微生物代谢工程的研究与应用微生物代谢工程是一种将微生物的代谢途径进行改造，以生产特定化合物的技术。
这种技术在生物制药、食品工业、化学工业等领域都有广泛的应用。
本文将介绍微生物代谢工程的研究与应用。
微生物代谢工程的研究主要涉及到以下几个方面：1. 代谢通路的构建代谢通路是微生物生产化合物的关键步骤。
通过对微生物代谢途径的分析，可以构建出新的代谢通路，从而实现对目标化合物的生产。
例如，通过对大肠杆菌代谢途径的研究，可以构建出一条新的代谢通路，使其能够生产出丙酮酸乙酯等有用化合物。
2. 基因工程技术基因工程技术是微生物代谢工程中不可或缺的一环。
通过基因工程技术，可以对微生物的基因组进行改造，以实现对代谢通路的调控。
例如，利用CRISPR-Cas9技术可以实现对微生物基因组的精确编辑，从而改变其代谢途径，并生产出目标化合物。
3. 代谢调控策略代谢调控策略是指通过调节微生物代谢途径中的关键酶活性，以实现对目标化合物的生产。
例如，在乳酸菌中，通过调节丙酮酸酶和乳酸脱氢酶活性，可以实现对乳酸和丙酮酸产量的调控。
4. 代谢工程模型代谢工程模型是指利用数学模型来预测微生物代谢途径中各个环节的反应速率和代谢产物的生成量。
通过建立精确的代谢工程模型，可以更好地预测微生物在特定条件下的代谢行为，并优化其代谢通路，以实现对目标化合物的高效生产。
微生物代谢工程在许多领域都有广泛的应用。
以下是其中几个领域的应用案例：1. 生物制药微生物代谢工程在生物制药领域有着广泛的应用。
例如，利用大肠杆菌等微生物进行重组蛋白质的生产，已经成为一种常见的制药方法。
通过对微生物代谢通路的改造，可以实现对重组蛋白质的高效生产，并降低制药成本。
2. 食品工业微生物代谢工程在食品工业中也有着广泛的应用。
例如，利用乳酸菌进行酸奶等乳制品的发酵，已经成为一种常见的食品加工方法。
通过对乳酸菌代谢途径的改造，可以实现对乳制品发酵过程中产酸量和口感等方面的调控。
生物工程专业微生物代谢工程研究与应用
生物工程专业微生物代谢工程研究与应用微生物代谢工程：揭开生命的奥秘微生物是地球上最为神奇的生命体之一，它们以微小的身躯却拥有丰富的代谢功能，能够将有机物转化为有用的化学物质。
微生物代谢工程作为生物工程专业中的重要研究领域，致力于研究微生物的代谢途径、寻找合适的基因工程手段，以及在生物医药、环境保护、能源开发等领域的应用。
通过对微生物的代谢工程研究与应用，我们不仅能够揭开生物世界的奥秘，更能够创造出许多有益于人类的创新产品。
一、微生物代谢工程的基本原理微生物代谢工程的研究基于对微生物代谢途径的了解和基因工程技术的应用。
微生物代谢途径是指微生物通过各种酶催化反应将底物转化为产物的过程。
在代谢途径中，微生物通过不同的酶催化反应作用于特定的化学键，从而改变底物的结构，达到转化底物为产物的目的。
代谢途径的研究可以揭示微生物代谢过程的机理，并为后续的基因工程操作提供理论依据。
基因工程技术是微生物代谢工程中至关重要的手段之一。
通过基因工程技术，我们可以对微生物的基因组进行修改、删除或添加，从而改变微生物的代谢途径和代谢产物。
具体而言，我们可以通过改造微生物基因组中的酶基因，提高或减少酶的表达水平；或者引入新的代谢途径，使微生物能够合成特定的化学物质。
这种基因工程手段可以让微生物在新的环境下发挥其代谢潜能，实现有针对性的生物合成。
二、微生物代谢工程在生物医药领域的应用1. 抗生素生产抗生素作为治疗细菌感染的重要药物，在现代医学中扮演着重要角色。
而微生物代谢工程已经在抗生素的生产过程中发挥了重要作用。
通过基因工程的手段，我们可以改造产生抗生素的微生物菌株，增加其抗生素产量，或者改善抗生素结构，提高其抗菌活性。
这种代谢工程手段不仅可以提高抗生素的产量和质量，还可以打破既有科学观念，发现新的抗生素结构和新的抗生素。
2. 蛋白质表达蛋白质表达是生物医药领域中一个非常重要的研究方向。
通过微生物代谢工程的手段，我们可以改造微生物基因组，使其具备高效表达蛋白质的能力。
以红霉素工业生产菌种为对象的代谢工程改造探索
3、代谢物分析
例如，如何提高关键酶基因在异源表达中的效率；如何优化发酵条件以提高 红霉素的产量和品质等。这些问题的解决将有助于实现高效红霉素工业生产的最 终目标。
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基本内容
背景：
基本内容
红霉素工业生产菌种主要来源于链霉菌属，其中最常见的是红色链霉菌。自 20世纪60年代以来，随着抗生素工业的发展，红霉素的产量得到了显著提高。然 而，目前红霉素的工业生产仍存在产量低、杂质多等问题，严重制约了红霉素的 广泛应用。因此，开展代谢工程改造以提高红霉素的产量和品质具有重要意义。
基本内容
代谢工程改造探索：
1、红霉素工业生产菌种的选择
1、红霉素工业生产菌种的选择
在代谢工程改造中，选择合适的红霉素工业生产菌种是首要任务。不同菌株 的生理特征和代谢途径存在差异，因此需要根据生产需求进行选择。在选择过程 中，需要考虑菌株的生长速度、红霉素产量、发酵条件等因素。为了获得更高效 的菌株，还可以采用分子生物学技术对多个菌株进行基因组测序和生物信息学分 析，筛选出具有优良性状的菌株。
2、基因组测序和生物信息学分 析
2、基因组测序和生物信息学分析
基因组测序和生物信息学分析是代谢工程改造的重要步骤。通过对红霉素工 业生产菌株进行基因组测序，可以了解其全基因组序列，明确基因组成和染色体 结构。结合生物信息学分析，可以深入挖掘菌株的遗传信息，找到与红霉素合成 相关的关键基因。通过分析这些基因的功能和相互作用，为代谢工程改造提供理 论依据。
2、基因表达
2、基因表达
为了实现红霉素的异源表达，我们采用了基因工程技术将红霉素合成途径中 的关键酶基因导入其他微生物细胞中。在实验中，我们将红色链霉菌中的关键酶 基因红霉素乙酰基转移酶（EAT）和红霉素腺苷酸转移酶（EPT）分别导入酵母细 胞中，并优化了表达条件。结果显示，在最佳条件下，酵母细胞能够合成少量红 霉素。然而，由于关键酶基因在异源表达过程中受到不同程度的抑制，导致红霉 素产量较低。
微生物代谢途径和产物的研究进展及其应用
微生物代谢途径和产物的研究进展及其应用微生物生长和代谢是一个复杂的生物学过程，微生物在生长过程中会产生各种各样的代谢产物，这些产物对于人类的健康、环境和工业生产等都有着重要的影响。
在过去的几十年里，微生物代谢途径和产物的研究进展了很多，这些研究为我们更好地掌握微生物代谢和利用微生物代谢产物提供了新的思路和方法。
一、微生物代谢途径的研究进展微生物代谢途径是微生物维持生存和生长过程中的重要组成部分，其中包括碳水化合物、氨基酸、脂肪酸等的代谢途径。
在微生物代谢途径的研究中，代谢途径关键酶的结构和功能研究比较重要，因为这些关键酶指导代谢途径的正常进行。
目前，在代谢途径关键酶结构和功能的研究方面，已经取得了很多重要的进展。
例如，在乳酸杆菌的代谢途径研究中，科学家们发现了一种新的关键酶-Alpha ACCT酶。
该酶能够催化尿苷双磷酸-6-羟基乌酸（UDP-6-HexNAc）与乳酸结合，促进乳酸杆菌的群体生长。
这项发现为掌握乳酸杆菌代谢途径中Alpha ACCT酶的结构和机制提供了重要的线索。
另外，在麦芽链球菌的代谢途径研究中，科学家们发现了一种新的关键酶-IspC酶，该酶被认为是异戊二烯基二磷酸（IPP）和二羟甲基丙酮酸（HMB-PP）这两种异构体合成的关键。
该酶结构的研究为接下来更好地掌握其催化作用与机制奠定了基础。
二、微生物代谢产物的研究进展随着微生物代谢途径的研究不断深入，人们对微生物代谢产物的研究也越来越深入。
微生物代谢产物具有很广泛的应用价值，如抗生素、抗肿瘤剂、工业原料等，因此其研究受到了广泛关注。
例如，曾经无法得到治疗的肺结核等病症，广泛使用链霉素达到了切实的效果。
链霉素是一种抗生素，它能够抑制细菌的蛋白质合成过程，从而杀死细菌。
链霉素也是世界上最重要的抗生素之一，其研究和开发过程是微生物代谢产物研究的一个重要里程碑。
另外，曾经人们认为微生物代谢产物只有在天然条件下才能产生。
但是华南理工大学的研究团队近年来发现，利用代谢工程技术可改变基因活性水平，微生物代谢产物的产生不再仅局限于日常生态环境限制，有了更好的利用前景，并为代谢工程提供了新的思路。
微生物代谢工程的发展与应用
微生物代谢工程的发展与应用一、微生物代谢工程的起源与发展微生物代谢工程是指以基因工程技术为基础，用微生物作为生产工厂，通过改变微生物代谢途径，使其生产大量目的产物的一种技术。
微生物代谢工程的发展可以追溯到20世纪60年代，50年代初就有人开始研究酵母的代谢途径，并试图改造它从而生产出新的化合物。
60年代，科学家们开始研究培养基的优化，通过对培养基的改良使微生物产生更多的目的产物。
70年代，随着基因工程的兴起，人们开始探究微生物生长过程中基因表达的调控规律和代谢调控机制，通过对基因的修饰和工程，使微生物能够大量合成高附加值化合物，如激素、抗生素等。
二、微生物代谢工程的应用领域微生物代谢工程的应用领域非常广泛，涉及医药、食品、化工、环境等多个行业。
其中，医药行业是微生物代谢工程最为重要的应用领域之一。
比如，人类胰岛素、人类生长激素、白介素-2、乙型干扰素等重要的生物类药物都是通过微生物代谢工程技术生产的。
此外，通过微生物代谢工程技术也可以生产出抗生素、疫苗、酶制剂、基因药物等。
在食品方面，微生物代谢工程可用于生产调味料、饼干、乳品等多种食品原材料。
在化工方面，微生物代谢工程可用于生产生物降解剂、生物重组材料等。
三、微生物代谢工程的关键技术微生物代谢工程的关键技术包括基因工程技术、微生物代谢途径的调控技术以及发酵工艺控制技术等。
其中，基因工程技术是微生物代谢工程的核心技术之一，它可以通过对微生物基因的调控和修饰，使其在自身的代谢途径中合成大量目的产物。
微生物代谢途径的调控技术则是通过对微生物代谢途径中关键酶的调控，以及对微生物内部环境的调控，来促进目的产物的产生。
发酵工艺控制技术则是通过控制发酵过程中的温度、pH值、氧气含量、营养物质等多个因素，来促进微生物代谢途径的进一步优化。
四、微生物代谢工程存在的问题及展望微生物代谢工程虽然取得了巨大的发展，但仍然存在一些问题。
首先，微生物代谢通路非常复杂，微生物代谢工程目前只能改造一小部分代谢途径，还有很多代谢途径亟待改造。
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起始物1-磷酸D-葡萄糖首先在dnmL编码的胸苷 转移酶作用下生成胸苷二磷酸活化的D-葡萄糖， 接着在TDP-葡萄糖-4,6-脱水酶作用下生成中间产 物TDP-4-酮基-6-脱氧-D-葡萄糖，经C2-脱氧酶及 DnmQ和DnmZ协同作用[21, 22]，再经转氨、甲基异 构及酮基还原，合成产物TDP-L-柔红糖胺。DnmS 为糖苷转移酶，负责将第一阶段合成的ε-紫红霉酮 与第二阶段合成的柔红糖胺连接在一起，生成紫红 霉素D。
收稿日期：2006-12-01 作者简介：胡又佳(1970)，男，2004年在上海医药工业研究院获得 博士学位，研究员，从事微生物药物和基因工程的研究。 Tel：021-55514600×810 E-mail：bebydou@
1 代谢工程的应用 代谢工程的应用最初体现在增加生物关键基因
蒽环类抗生素作为广谱抗肿瘤抗生素，临床主 要用于急性淋巴细胞或粒细胞白血病、神经母细胞 瘤、横纹肌肉瘤的治疗，对各种实体瘤、脑瘤、血 管瘤也有不同程度的缓解作用。其代表品种为柔红 霉素(daunorubicin)和多柔比星(doxorubicin)，后 者是前者C-14羟化衍生物，相同剂量时后者的疗效 更强、不良反应更少、抗肿瘤谱也更广，且无交叉 耐药性，上述特性使其具有更高的应用价值[16]。 表柔比星为Arcamone等[17]于1975年通过半合成获 得，与多柔比星的区别仅在于氨基糖部分4'位的羟 基构型不同，但这种立体结构的细微变化即导致 其心脏、骨髓毒性明显降低。目前工业生产中多柔 比星、表柔比星皆由柔红霉素半合成而来，随着对 柔红霉素、多柔比星的生物合成途径不断了解，利 用代谢工程来提高柔红霉素的发酵产量仍具重要意 义，甚至通过发酵直接生产多柔比星、表柔比星均 有可能实现。 3.1 柔红霉素的生物合成
CH3CH2COS CoA +
CH2COS CoA CO2H
dps ABCDE
FGHY
12
CO2H O
OH O OH O
12- 脱氧阿克拉菌酸
dnrG CH3
dnrC
O
CO2R
O
CH3 dnrD
OH O OH O
阿克拉菌酸(R=H ) 阿克拉菌酸甲酯(R=CH3)
O
CO2CH3
OH CH3 dnrE
· 164 ·
中国医药工业杂志 Chinese Journal of Pharmaceuticals 2007, 38(3)
代谢工程研究及其在柔红霉素产生菌中的应用
胡又佳，朱春宝，朱宝泉
(上海医药工业研究院，200040)
摘要：综述了应用代谢工程技术对微生物次级代谢的调控，以及与组学研究相结合的研究进展，并结合我院对抗生素产
HU You-jia, ZHU Chun-bao, ZHU Bao-quan
(Shanghai Institute of Pharmaceutical, Shanghai 200040)
ABSTRACT: The research progress in the regulation of secondary metabolism in microorganism via metabolic engineering and its combination with omics study are reviewed briefly. Especially regarding to antibiotic production, extensive results are described in daunorubicin-producing strain Streptomyces coeruleorubidus.
生菌的代谢工程研究，总结了在柔红霉素产生菌天蓝淡红链霉菌中所取得的一些阶段性研究结果。
关键词：代谢工程；柔红霉素；抗生素；综述
中图分类号：Q789；R979.1+4
文献标识码：A
文章编号：1001-8255(2007)03-0164-06
Metabolic Engineering and Its Application in Daunorubicin-producing Strain
在代谢工程发展的早期，其主要应用包括[2]： ①提高细胞代谢产物的量；②产生细胞本身不能合 成的新物质；③拓展底物识别范围；④改变细胞的 其它生物学特性。随着基因组学(genomics)、蛋白 质组学(proteomics)、转录组学(transcriptomics)、 代谢组学(metabolomics)等相关学科的兴起，众多 专家预测它们将对代谢工程有积极促进作用[3-5]。 代谢工程依托组学(omics)研究的平台，在动植物 代谢工程及疾病诊断和基因治疗等方面开拓了新的 应用领域。
CH3O
O OH O
H3C O OH NH2
多柔比星
图1 柔红霉素和多柔比星的生物合成途径
原、环化和芳香化，得到柔红霉素生物合成途径 中第一个稳定的中间体——阿克拉菌酸(a k l a n o n i c acid)，再形成阿克拉菌酮(aklaviketone)，然后通 过由dnrE基因编码、与NADPH偶联的阿克拉菌 酮还原酶将阿克拉菌酮C-7位还原得到阿克拉酮 (aklavinone)，最后dnrF基因编码的阿克拉酮羟化 酶使阿克拉酮C-11位羟化生成ε-紫红霉酮(ε-rhodom ycinone)[18-20]。
对代谢工程的研究需要对产物的生物合成途径 有较清楚的认识。国外不同实验室分别对产柔红霉 素的波赛链霉菌(S. peucetius ATCC29050)和链霉菌 (S. C5)的生物合成途径进行了研究，结果表明它 们的整个生物合成途径是以1份丙酰辅酶A和9份丙 二酸单酰辅酶A为合成起点，经多次缩合、还原生 成聚酮体链，再经环化、芳香化、甲基化、羟化反 应及其它一些修饰反应，并在从1-磷酸-D-葡萄糖 出发合成的胸腺嘧啶核苷二磷酸-L-柔红糖胺(TDPL-daunosamine)参与下，最终生成产物，如图1所 示。整个过程可分为3个阶段。
代谢工程受到组学研究的深刻影响，目前已完 成约480个物种的全基因组测序，其中超过3/4的内 容已经发表，另有1500多个测序计划正在进行中。 这些已测或待测序列中半数以上是微生物基因组的 测序，植物、哺乳动物等基因组结果的陆续公布也 使传统的代谢工程逐渐向植物、动物及疾病诊断和 基因治疗等领域拓展。比如对植物中生物合成途 径的调控可以大幅度提高二十碳五烯酸 (EPA)和 二十二碳六烯酸 (DHA)等的产量[13]。
的拷贝数、体内增强关键酶的活性、阻断支路代谢 等方面。这在初级代谢产物氨基酸的发酵生产中取 得了很好的效果。色氨酸、酪氨酸、苯丙氨酸、丝 氨酸和赖氨酸等的发酵水平已有大幅提高[6, 7]。
代谢工程在对次级代谢产物的调控上也有很大 的应用潜力。聚酮化合物是一类重要的次级代谢产 物，是由简单脂肪酸经类似长链脂肪酸的合成途 径生成的，所得化合物具有复杂多样的结构。催化 聚酮化合物生物合成的酶称为聚酮合酶(polyketide synthase，简称PKS)。通过基因工程方法将编码 PKS基因簇的不同模块进行改造、重组或修饰，甚 至导入异源的PKS基因，可以产生大量新的聚酮类 次级代谢产物。其中以红霉素的生物合成最为典 型。红霉素的生物合成基因共分为6个模块，每个 模块负责1次二碳单位的延伸以完成红霉素前体6脱氧红霉内酯B(6 - d E B)的合成[8]。除了在红霉素 产生菌中进行基因重组外，也有将6-dEB的整套生 物合成基因克隆至大肠杆菌中的报道，生物合成 所需的酶在大肠杆菌中能高表达并正确折叠，对
Key Words: metabolic engineering; daunorubicin; antibiotic; review
代谢工程(metabolic engineering)或途径工程 (pathway engineering)，国外也称为细胞工厂(cell factory)，并归入系统生物学(systems biology)中， 因为其并非单个基因的改变或重组，而是将整个细 胞看成整体，从整体代谢的角度对产物合成进行调 控。1991年Bailey[1]在《Science》上发表的文章标 志着代谢工程作为一门新兴学科走向成熟。
OБайду номын сангаас
CO2CH3
OH CH3 dnrF
O OH CO2CH3
TDP -
OH CH3 L-柔红糖胺
OH O OH O
阿克拉菌酮
OH O OH OH
阿克拉酮
OH O OH OH
ε- 紫红霉酮
O OH CO2CH3 OHCH3 dnrP
OH O OH O H3C O OH NH2
紫红霉素D
O OH CO2H OHCH3
OH O OH O H3C O OH NH2
中间产物
dnrP
O OH
13 OHCH3 dnrK
OH O OH O H3C O OH NH2
13-脱氧洋红霉素
O OH
O
C H
H3
doxA
CH3O
O OH O H3C O
OH NH2
13-脱氧柔红霉素
CH3O
O OH
O OH O H3C O
OH 1
OH
C
中国医药工业杂志 Chinese Journal of Pharmaceuticals 2007, 38(3)
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6-dEB的合成表现出正常的生物学活性，产量与红 霉素产生菌相近[9]。
在抗生素产生菌的代谢工程研究中，头孢菌素 C(CPC)也是一个重要产品。对CPC的产生菌顶头 孢霉的研究发现，CPC的生物合成中限速步骤有3 个酶[1 0]，分别由生物合成途径中的p c b A B、c e f E F 和cefG基因编码，分属于生物合成的早、中和晚期 步骤。将pcbAB的启动子替换成来自于构巢曲霉的 高效启动子gpd，CPC产量有很大提高；而将cefEF 和cefG基因的额外拷贝导入顶头孢霉，仅单一拷 贝整合入染色体即可检测到更高的转录活性、酶 活力，C P C产量也明显增加 。 [11] 此外，若用带小 棒链霉菌的cefE代替一株顶头孢霉工业生产菌株中 的cefEF基因，重组菌即可高产脱乙酰氧头孢菌素 (DAOC)，产量达CPC发酵产量的80％。而DAOC 可经二步酶法(D-氨基酸氧化酶和戊二酰转移酶)转 化成7-ACA[12]，从而达到高效安全、对环境友好的 生产。 2 与组学研究的结合