[發明專利]一種基因組模型指導正丙醇補料提高紅霉素產量的方法

在審

• 申請號: 202110446327.1
• 申請日: 2021-04-25
• 公開（公告）號: CN113174418A
• 公開（公告）日: 2021-07-27
• 發明（設計）人: 黃明志;陸舉;柯翔;儲炬
• 申請（專利權）人: 華東理工大學;華東理工大學青島創新研究院
• 主分類號: C12P19/62
• 分類號: C12P19/62;C12N1/20;C12R1/01
• 代理公司: 上海翼勝專利商標事務所(普通合伙) 31218
• 代理人: 翟羽

本申請公開了一種基因組模型指導正丙醇補料提高紅霉素產量的方法，所述方法是在紅色糖多孢菌基因工程菌的發酵過程中，在發酵起始后第50～70小時流加硫酸銨和正丙醇，流加正丙醇的速率通過構建紅色糖多孢菌全基因組代謝網絡模型并對模型進行分析而得到。通過構建紅色糖多孢菌基因工程菌的全基因組代謝網絡模型進行系統層次的細胞生長模擬，為提高紅霉素產量提供了策略。在全基因組代謝網絡模型的指導下，優化已有的紅色糖多孢菌基因工程菌的發酵工藝，通過對正丙醇補加速率的調控，提高紅霉素的產量。

技術領域

本申請涉及系統生物學技術領域，具體涉及全基因組代謝網絡模型指導下的紅色糖多胞菌基因工程菌的發酵工藝優化。

背景技術

紅色糖多孢菌(Saccharopolyspora erythraea)，是一種革蘭氏陽性的絲狀放線菌，這種細菌最重要的特性就是可以產生在醫療上具有顯著療效的抗生素：紅霉素。紅霉素是一種重要的廣譜型的14元環大環內酯類抗生素，其在治療許多由革蘭氏陽性致病菌引起的疾病方面被普遍使用。

目前，工業生產上主要通過發酵的手段來生產紅霉素。和其他放線菌通過次級代謝反應生產抗生素類似的是，紅霉素的合成過程也是很復雜并且在很大程度上受到培養基的成分和培養條件的影響。近年來對紅霉素發酵工藝的優化，國內外有眾多研究人員進行了大量的工作，取得了顯著的成果。目前中國已成為世界最大的紅霉素生產國。

紅色糖多孢菌是合成紅霉素的主要工業生產菌株，深入全面理解其代謝調控機理將有利于高產菌株構建、高效培養基設計及生產工藝優化。盡管已有大量文獻開展了紅色糖多孢菌構建、紅霉素生產工藝優化及代謝調控機理探討等研究，但由于缺乏高質量全基因組規模代謝網絡模型(GEMs)的支持，所獲得的知識僅限于局部實驗條件下有效，難于推廣應用。目前最新版本的紅色糖多孢菌GEMs存在著難于運行、結構不完整、模型覆蓋度低、沒有經濕實驗表型數據驗證等問題。為了能在系統全局水平上加深對紅色糖多孢菌代謝機制的了解，本發明在已有GEMs的基礎上，基于多組學數據重構了紅色糖多孢菌GEMs模型，并對新構建的模型開展了實驗驗證和應用研究。

正丙醇作為紅霉素合成前體的重要來源,也是過程補料的重要內容。然而，正丙醇在發酵過程中的利用率并不高，發酵液中殘留過多的正丙醇也會產生一定的毒副作用，一直以來尚未形成統一的正丙醇的補加方法。部分紅霉素生產商僅根據多年的生產經驗來進行正丙醇的補料工藝。這些方法缺少一定的理論依據,在實施中多依靠有經驗的技術人員的分析判斷，效率不高。為此，我們在重構的GEMs指導下優化已有的基因工程菌(敲除sucC基因)的發酵工藝，通過對正丙醇補加速率的調控,來提高紅霉素的產量。

綜上，盡管紅霉素生物發酵方面有了一定的進步，但仍然存在對培養基要求高(需要成本較高的復合培養基)，產量不高、對正丙醇利用率不高等問題。因此,本領域迫切需要高質量全基因組規模代謝網絡模型(GEMs)的支持，深入研究紅霉素的發酵機制,優化紅霉素的發酵工藝,有效提高紅霉素的產量。

發明內容

本申請提供一種基因組模型指導正丙醇補料提高紅霉素產量的方法，在全基因組代謝網絡模型的指導下，優化已有的紅色糖多孢菌基因工程菌的發酵工藝，通過對正丙醇補加速率的調控，提高紅霉素的產量。

本申請提供一種提高紅霉素產量的方法，所述方法是在紅色糖多孢菌基因工程菌的發酵過程中，在發酵起始后第50～70小時流加硫酸銨和正丙醇，流加正丙醇的速率通過構建紅色糖多孢菌全基因組代謝網絡模型并對模型進行分析而得到；優選地，在發酵起始后第60小時流加硫酸銨和正丙醇，流加正丙醇的速率通過構建紅色糖多孢菌全基因組代謝網絡模型并對模型進行分析而得到。