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克拉维酸(棒酸)是一种由棒状链霉菌产生的非典型β-内酰胺类化合物。在临床上与传统的β-内酰胺类抗生素联合用药来治疗细菌感染。由于棒酸在临床上的重要意义,近些年大量的经费投入到棒酸的生物合成及其调控的研究中。
ccaR位于头霉素C基因簇内,其编码的蛋白可以结合到棒酸合成簇内的ceaS2和claR的启动子区。ceaS2和下游的三个基因共转录参与棒酸的早期合成,claR编码的一个调节因子正调控棒酸的晚期合成步骤。CcaR通过正调控ceaS2和claR的转录控制棒酸合成簇内大部分基因的转录。
三磷酸甘油醛(G3P)是棒酸生物合成的一个直接前体,所以它的供应直接影响棒酸的产量。而G3P可以由甘油利用途径提供,所以甘油利用途径(glpFlKlDl)对于棒酸产量来说非常重要。甘油操纵子的表达通过影响G3P的供应,进而影响棒酸产量。
考虑到甘油利用对棒酸生物合成的重要性,在这里我们研究了在棒状链霉菌中使甘油利用和棒酸合成协调匹配的工程方法。将额外一个拷贝的ccaR克隆到甘油启动子(Pgy(1))的下游,然后整合到棒状链霉菌的基因组上。改造后ccoR和甘油操纵子的表达同时受到的甘油诱导。我们的结果表明,在发酵培养基中,相比较于自身启动子控制额外ccoR拷贝的对照菌株,由Pgy(1)控制额外ccaR拷贝的转化子的棒酸产量提高了3.19倍。和提高棒酸水平相一致的是,转化子中ccaR,ceaS2和claR的转录水平明显上调了。