TẠO CHỦNG CHỦ (HOST) để BIỂU HIỆN SẢN PHẨM NGOẠI LAI

tài liệu mang tính chất tham khảo. Streptomyces là chi lớn nhất của ngành Actinobacteria và là một chi thuộc nhánh streptomycetaceae. Có hơn 500 loài vi khuẩn Streptomyces đã được mô tả. Giống như hầu hết các Actinobacteria khác, Streptomyces là vi khuẩn Gram dương, có bộ gen với tỉ lệ GC% cao. Vi khuẩn này được tìm thấy chủ yếu trong đất và thảm thực vật mục nát. Streptomyces sinh bào tử, tạo mùi đặc trưng, là kết quả từ sản sinh geosmin trong quá trình chuyển hóa các chất. Streptomyces được nghiên cứu rộng rãi và được biết đến nhiều nhất là chi của họ xạ khuẩn (Actinomyces). Streptomyces thường sống ở đất có vai trò là vi sinh vật phân hủy rất quan trọng. Chủng vi sinh này sản xuất hơn một nửa số thuốc kháng sinh trên thế giới và đó là sản phẩm có giá trị lớn trong lĩnh vực y tế.

TẠO CHỦNG CHỦ (HOST) ĐỂ BIỂU HIỆN HỢP CHẤT NGOẠI LAI CỦA

Streptomyces

Nhóm thực hiện:

Nguyễn Trịnh Quỳnh Như Trần Hán Phương Thảo

QUY TRÌNH SẢN XUẤT CÁC HỢP CHẤT SỬ DỤNG CÁC CHỦNG CHỦ BIỂU HIỆN SẢN PHẨM CỦA CHÍNH NÓ HOẶC SẢN PHẨM NGOẠI LAI

ƯU ĐIỂM CHUNG CỦA SẢN PHẨM NGOẠI LAI TỪ CHỦNG CHỦ

DỊ HỢP

Ưu điểm

• Việc sử dụng các máy chủ đại diện cho phép truy cập vào các sản phẩm tự nhiên được

mã hoá bởi BGC từ các vi sinh vật khó nuôi hoặc không trồng, bao gồm các loài động vật

biển trên mặt đất và đất liền hiếm.

• Các chủng chủ dị hợp được sử dụng rộng rãi cho sản xuất có tính di truyền nhiều hơn so

với chủng thuần, cho phép tối ưu hoá hiệu quả sản xuất.

• Chủng chủ dị hợp có thể được thiết kế để ổn định hơn về di truyền học, giúp đảm bảo

hiệu suất sản xuất ổn định.

Hạn chế

• Một trong những thách thức chính đối với các hệ thống sản xuất dị hợp là thiếu các

tiền chất tổng hợp quan trọng hoặc chức năng của enzym, khác biệt với các nhóm BGC (biosynthetic gene clusters) khác nhau.

• Các thách thức khác bao gồm các hệ thống quy định không tương hợp, đòi hỏi phải

có sự điều chỉnh hoặc thay thế các promoter ban đầu để biểu hiện các BGCs và sản sinh chất chuyển hóa Sự biểu hiện không đồng nhất của các gen sinh tổng hợp có thể dẫn đến gánh nặng trao đổi chất cao hơn và / hoặc sản xuất các hợp chất độc hại, làm hạn chế hàm lượng sản xuất.

HẠN CHẾ CHUNG CỦA SẢN PHẨM NGOẠI LAI TỪ CHỦNG CHỦ DỊ

HỢP

ƯU ĐIỂM VÀ HẠN CHẾ CỦA CHỦNG CHỦ DỊ HỢP Streptomyces spp.

Ưu điểm

• Giàu tiền chất trao đổi chất và cơ chế enzyme

hỗ trợ hầu hết các con đường sinh tổng hợp

• Sự trao đổi chất nội tại linh hoạt giúp duy trì

tính duy nhất yêu cầu sửa đổi sau dịch mã cho

PKS (Polyketide Synthase) và chức năng NRPS

(Non-Ribosomal Peptide Synthetase )

• Thích hợp cho sự biểu hiện của hầu hết các

protein từ actinomycetes.

Hạn chế

• Tốc độ tăng trưởng chậm

• Thiếu các bộ phận di truyền và công

cụ thao tác di truyền tiên tiến

• Có BGC cạnh tranh nội sinh

CÁC BƯỚC TẠO CHỦNG CHỦ DỊ HỢP BIỂU HIỆN SẢN PHẨM

NGOẠI LAI

SỰ TIẾN HOÁ NHIỄM SẮC THỂ CÓ KÍCH THÍCH HÓA HỌC

SỬ DỤNG Cre-loxP RECOMBINATION

Komatsu và các đồng nghiệp đã xóa 1.4 Mbp các vùng phụ cận chứa các BGC nội sinh và các gen không cần thiết như transposons và các trình tự

chèn từ S avermitilis Năng suất Streptomycin trong dòng SUKA5 tối thiểu khoảng 3,5 và 4 lần so với ở S griseus và các chủng S avermitilis hoang dã,

tương ứng Một dòng SUKA17 giảm thiểu về gien khác, có tốc độ tăng

trưởng và tăng trưởng nhanh hơn, có thể liên tục sản xuất cephamycin C trong thời gian dài hơn mà không làm giảm chất lượng sản phẩm so với

giống S clavuligerus SUKA17 đã được sử dụng để tạo ra 29 terpene

synthase từ actinomycetes, dẫn đến việc xác định 13 terpenoids mới.230

Sự tổng hợp của các dòng S avermitilis đã được chứng minh bằng biểu

hiện dị biệt của 21 trong số 26 BGCs với sản xuất

mỡ từ 1-360 mg L -1

Chủng S.avermitilis sản xuất Avermectin

Các đột biến lớn SUKA2 và SUKA3

của S avermitilis

Dùng S.avermitilis làm chủng chủ để sản

xuất Streptomycin

• Bộ gen S avermitilis cho thấy rằng mặc dù vi sinh vật có chứa

một số gen cluster sinh tổng hợp, nhưng không có nhóm gen nào cho sinh tổng hợp kháng sinh aminoglycosid

• Bộ gen của chủng sản xuất S griseus đã chỉ ra rằng ít nhất 27

gen (sgr5914sgr5940) liên quan đến sự điều hoà, sự tự kháng

và sự tổng hợp streptomycin

Kết quả tạo

Streptomycin sau khi dùng chủng chủ

S.avermitilis

• Biểu hiện trong S avermitilis của clavuligerus S clavuligerus gene cluster-encoding β-lactam kháng sinh cephamycin C sinh tổng hợp

• Thuốc kháng sinh β-lactam, bao gồm penicillin và cephalosporin, được lấy

từ tripeptide được tổng hợp bằng synthetase nonribosomal peptide (NRPSs)

• Các biến thể, SUKA17 (pCEF2), được kiểm tra để tìm thấy các điều kiện nuôi cấy thích hợp để hỗ trợ sản xuất cephamycin C

Dùng S.avermitilis làm chủng chủ để sản

xuất Cephamycin C

Khả năng tạo Cephamycin

C của S.avermitilis đã đột

biến gen

• Gen cluster sinh tổng hợp S.platensis Mer-11107

• Các chất chuyển hóa thứ cấp nội sinh chủ yếu của S avermitilis hoang dã là các hợp chất polyketide (avermectins, lipid và

oligomycin), mỗi loại được tổng hợp bằng một gen PKS

• Sử dụng một nhân bản tái tổ hợp BAC (pPLD30) mang cụm

gen toàn bộ 75-kb để tổng hợp pladienolit để đưa đường đi vào

cả S avermtilis hoang dã và SUKA5 bằng cách liên hợp

Dùng S.avermitilis làm chủng chủ để sản

xuất Pladienolide

KẾT LUẬN

• Ở những điều kiện như nhiệt độ cao thì đặc tính tăng trưởng của

S.avermitilis ổn định cao hơn S.coelicolor A3 và S.griseus.

• Việc tăng cường các tính trạng ổn định về mặt di truyền của S

avermitilis làm cho nó trở nên đặc biệt thích hợp như một nguồn sản

xuất các sản phẩm tự nhiên nội sinh và là nguồn sản xuất các sản phẩm

có nguồn gốc sinh học ngoại sinh.

• Tính khả thi của việc sử dụng thiết bị S.avermitilis như là một chủng chủ

dị hợp tử do sự biểu hiện hiệu quả của các gen cluster nguyên vẹn cho

cả quá trình sinh tổng hợp streptomycin và cephamycin C cao hơn các chất chuyển hóa trong các dòng gốc tạo ra ban đầu.

• Do đột biến nên S.avermitilis không sản sinh các sản phẩm nội sinh nên

năng suất sản phẩm thứ cấp ngoại sinh tăng cao.

Tài liệu tham khảo

• QIU, Jingfan, et al Overexpression of the ABC transporter AvtAB

increases avermectin production in Streptomyces avermitilis. Applied

microbiology and biotechnology, 2011, 92.2: 337-345.

• KOMATSU, Mamoru, et al Genome-minimized Streptomyces host for

the heterologous expression of secondary metabolism. Proceedings

of the National Academy of Sciences, 2010, 107.6: 2646-2651.

• Zhang, Mingzi M., et al "Engineering microbial hosts for

production of bacterial natural products." Natural product

reports33.8 (2016): 963-987