近日，我校趙明老師與華東理工大學(xué)王風(fēng)清教授、上海健康醫(yī)學(xué)院熊亮斌副教授合作，通過合成生物學(xué)技術(shù)，在鏈霉菌中引入天然染料靛藍(lán)的生物合成途徑，并通過生物元器件優(yōu)化和發(fā)酵調(diào)控，實(shí)現(xiàn)靛藍(lán)的高水平生產(chǎn)。相關(guān)成果以“Establishment of an Efficient Expression and Regulation System in Streptomyces for Economical and High-Level Production of the Natural Blue Pigment Indigoidine”為題發(fā)表在《Journal of Agricultural and Food Chemistry》（中科院一區(qū)，TOP期刊）上，并被合成生物產(chǎn)業(yè)機(jī)構(gòu)生輝SynBio報(bào)道（https://mp.weixin.qq.com/s/-9H8mVWZdVZhidfSbGdNRA）。安徽工程大學(xué)為該論文第一單位，生物與食品工程學(xué)院趙明老師為論文第一作者。
靛藍(lán)是目前人類所知最古老的色素之一，也是應(yīng)用于紡織印染行業(yè)最古老的染料之一。在歷史的長(zhǎng)河中，靛藍(lán)的生產(chǎn)方式從古代的植物浸泡到近現(xiàn)代的化學(xué)合成，并逐步進(jìn)入生物合成時(shí)期。靛藍(lán)主要由L-谷氨酰胺經(jīng)靛藍(lán)合成酶縮合反應(yīng)合成，靛藍(lán)合成酶 IndC 大部分來(lái)源于鏈霉菌屬。然而，鏈霉菌代謝開關(guān)在不同代謝階段存在時(shí)空差異，因此全面優(yōu)化其生產(chǎn)力是一個(gè)挑戰(zhàn)，這使得鏈霉菌難以生產(chǎn)低附加值的大宗化學(xué)品。因此，大部分研究人員選擇在異源宿主如大腸桿菌、谷氨酸棒桿菌等中過表達(dá) IndC，以實(shí)現(xiàn)靛藍(lán)的高水平生產(chǎn)。
在這項(xiàng)研究中，研究人員通過外源啟動(dòng)子元器件挖掘，優(yōu)化σhrdB 在不同代謝階段過表達(dá)，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)靛藍(lán)合成路徑持續(xù)強(qiáng)化調(diào)控。結(jié)果發(fā)現(xiàn)，工程菌株在初級(jí)代謝階段的靛藍(lán)產(chǎn)量顯著提升，并在次生代謝階段持續(xù)高水平生產(chǎn)靛藍(lán)。最終，通過放大發(fā)酵優(yōu)化，靛藍(lán)產(chǎn)量在發(fā)酵罐中達(dá)到46.27 g/L，達(dá)到了微生物合成靛藍(lán)的最高水平，為鏈霉菌細(xì)胞工廠生產(chǎn)靛藍(lán)的工業(yè)化應(yīng)用奠定了基礎(chǔ)。
原文鏈接：https://pubs.acs.org/doi/10.1021/acs.jafc.3c05696
（文/圖：趙明；審核：葛飛；編輯：潘真清）