近期，生命科學(xué)學(xué)院汪城墻/劉凱團(tuán)隊(duì)在微生物天然產(chǎn)物的合成與分泌機(jī)制，以及抑菌應(yīng)用開發(fā)領(lǐng)域取得系列重要進(jìn)展。

多粘類芽孢桿菌是一類安全高效的植物根際促生細(xì)菌（Plant growth-promoting rhizobacteria，PGPR），現(xiàn)已作為底盤菌株應(yīng)用于生物制造領(lǐng)域。本研究以提升脂肽類抗生素多粘菌素P的合成產(chǎn)量為目標(biāo)，對多粘類芽孢桿菌SC2開展了誘導(dǎo)合成體系及外排機(jī)制的研究。采用異源木糖誘導(dǎo)型啟動(dòng)子PxylA表達(dá)多粘菌素P的人工改造基因簇pmxABE，成功構(gòu)建了木糖依賴型的多粘菌素P可控合成體系，且通過延遲誘導(dǎo)策略可顯著提升多粘菌素P的產(chǎn)量。基于多粘類芽孢桿菌和病原菌的互作組學(xué)分析，篩選并鑒定出一個(gè)響應(yīng)病原菌信號的內(nèi)源啟動(dòng)子PlipA1，將其用于表達(dá)多粘菌素外排轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白pmxD，成功構(gòu)建了多粘菌素分泌研究模型。基于此模型，借助同源序列保守性分析、分子對接和分子定向進(jìn)化技術(shù)，明確了T38位點(diǎn)是PmxD介導(dǎo)多粘菌素外排活性的關(guān)鍵殘基；進(jìn)一步對該位點(diǎn)進(jìn)行飽和突變，獲得了T38W與T38Y突變體，可使多粘菌素P產(chǎn)量提升約四倍；T38位點(diǎn)引入苯環(huán)結(jié)構(gòu)，通過π-π堆疊力與疏水堆積協(xié)同作用，可顯著增強(qiáng)PmxD的外排效率。為降低多粘菌素P的工業(yè)化生產(chǎn)成本，本研究首次開發(fā)出以未脫毒木質(zhì)纖維素水解液與甘蔗糖蜜復(fù)配的復(fù)合培養(yǎng)基，實(shí)現(xiàn)多粘菌素P的低成本生物合成；在該培養(yǎng)條件下，PmxD（T38W）工程菌株的多粘菌素P產(chǎn)量也可提升24.68%。本研究證實(shí)，誘導(dǎo)型啟動(dòng)子系統(tǒng)的優(yōu)化與外排轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白的分子改造，是強(qiáng)化多粘類芽孢桿菌產(chǎn)生多粘菌素的有效策略，且該策略在未脫毒生物質(zhì)原料的低成本發(fā)酵體系中同樣適用，推動(dòng)了產(chǎn)業(yè)化進(jìn)程。以上研究成果在期刊《Bioresource Technology》上發(fā)表了題為“Expanding genetic regulatory and efflux mechanisms for improved polymyxin production in Paenibacillus polymyxa”的研究論文，山東農(nóng)業(yè)大學(xué)為該論文的第一完成單位，生命科學(xué)學(xué)院碩士研究生裴建和侯耀輝為論文共同第一作者，汪城墻副教授為論文獨(dú)立通訊作者，杜秉海教授、劉凱和戴莉老師在此工作中做出了重要貢獻(xiàn)，其他多位校外老師也參與了該工作。

研究團(tuán)隊(duì)合作開發(fā)了可生物降解的果膠基抗菌復(fù)合薄膜，可長效抑菌，在食品綠色防腐領(lǐng)域具有廣闊的應(yīng)用前景。相關(guān)研究成果在期刊《Postharvest Biology and Technology》上發(fā)表了題為“TA@montmorillonite modified biodegradable pectin films with slow-release antibacterial activity for postharvest fruit protection”的研究論文。生命科學(xué)學(xué)院汪城墻副教授為論文共同通訊作者。

研究團(tuán)隊(duì)與中國科學(xué)院微生物研究所合作，在工程菌生物安全控制領(lǐng)域取得新進(jìn)展，提出一種將毒素-抗毒素模塊與CRISPR-Cas系統(tǒng)偶聯(lián)的生物封控新策略，構(gòu)建了具有遺傳穩(wěn)定性的雙層生物安全開關(guān)，可助力工程微生物的安全應(yīng)用，相關(guān)研究成果在期刊《Nucleic Acids Research》上發(fā)表了題為“Associate toxin–antitoxin with CRISPR-Cas to harness (ATTACH) engineered microbes”的研究論文。生命科學(xué)學(xué)院碩士研究生周濤和汪城墻副教授為論文共同第一作者。

多粘菌素分泌研究模型與外排轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白的分子改造

以上系列研究工作，獲得了國家自然科學(xué)基金面上項(xiàng)目、國家自然科學(xué)基金青年基金項(xiàng)目、山東省重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃等項(xiàng)目的聯(lián)合資助。

原文鏈接：

https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S0960852426006036

https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S0925521426000761

https://academic.oup.com/nar/article/54/5/gkag213/8516235?guestAccessKey&login=true

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