洛伐他汀作为一种典型的真菌聚酮类药物,因其底物竞争性抑制胆固醇生物合成途径中的限速酶活性而被作为降血压药物使用。辛伐他汀作为洛伐他汀的衍生物,在治疗高血脂上有着更为出色的药效和更低的副作用。在工业上,辛伐他汀主要以洛伐他汀作为原料,经多步化学反应合成,存在反应条件苛刻、副产物多、分离纯化难度大等问题,而用酶催化莫纳克林J与α-二甲基丁酰基-S-丙酸甲酯合成辛伐他汀在一定程度上可避免上述问题,但仍然存在一些不足,比如合成过程中所需要的原料莫纳克林J依旧需由洛伐他汀水解获得。随着合成生物学技术的快速发展,许多天然化合物以及衍生物已能够实现全细胞生物合成,本课题组前期已实现毕赤酵母作为底盘细胞异源合成了莫纳克林J和洛伐他汀。本研究将尝试用毕赤酵母作为底盘细胞进一步异源合成辛伐他汀,但是由于外源添加的侧链α-二甲基丁酰基-S-丙酸甲酯对酵母本身生长的抑制作用以及它难以进入酵母胞内的原因,单纯依靠毕赤酵母合成辛伐他汀存在一定的困难。与此同时,有研究指出大肠杆菌在表达莫纳克林J合成途径的关键聚酮合酶LovB时,会合成大量不含KS结构域的无功能的LovB,所以单纯依靠大肠杆菌来合成辛伐他汀同样存在一定难度。为了解决这些问题,本课题使用了毕赤酵母和大肠杆菌共培养的方法。为了探索这两种菌能否在同一培养体系下中正常生长,设计了包括不同培养温度、pH、接种比例在内的多种培养条件,实验结果证明毕赤酵母和大肠杆菌具备良好的共存能力,在多种培养条件下都能以各自的生长速率正常生长,这为毕赤酵母和大肠杆菌共培养合成辛伐他汀提供了非常关键的前提条件。其次,尽管毕赤酵母可以利用甲醇作为单一碳源,但大肠杆菌却无法代谢利用甲醇,因此本研究中合成途径的驱动表达不使用野生型毕赤酵母的甲醇诱导遗传路线,而是重新设计了一套由葡萄糖调控的遗传路线。莫纳克林J合成途径中所需要的基因lovB、lovC、lovG、npgA、lovA和cpr由低浓度葡萄糖脱阻遏启动子Pmsc1、Pmal31和组成型启动子PGAP负责转录,优化lovC、lovG、npgA和启动子Pmsc1、Pmal31的组合方式并提高这些基因在毕赤酵母中的拷贝数,最终获得了在低葡萄糖浓度状态下生产莫纳克林J的毕赤酵母菌株,将IPTG诱导表达酰基转移酶LovD蛋白的大肠杆菌与该酵母菌株进行共培养,成功在二者的共培养发酵液中检测到辛伐他汀。结果表明通过毕赤酵母和大肠杆菌共培养的方式合成小分子化合物完全可行。再者,为进一步完善这套葡萄糖调控系统并节约生产成本,探索用葡萄糖浓度来控制大肠杆菌中的蛋白表达,通过筛选大肠杆菌中的低浓度葡萄糖脱阻遏启动子,且配合群体感应相关元件luxI、luxR和PluxI将原本较弱的启动子信号放大,逐步验证葡萄糖对该启动子的调控能力,最终得到能够在葡萄糖浓度低于0.1%时表达绿色荧光蛋白eGFP而葡萄糖浓度高于0.1%时不表达eGFP的大肠杆菌菌株E.coli QG（pET-Ptna-qs-gfp）及对应的启动子Ptna。在此基础上,用lovD替换gfp进一步得到菌株E.coli QD（pET-Ptna-qs-lovD）。该研究提供了一个以葡萄糖调控二者生长与生产合成辛伐他汀的新平台,为未来通过优化新系统合成该化合物打下了基础。