TẠO CHỦNG CHỦ (HOST) để BIỂU HIỆN SẢN PHẨM NGOẠI LAI

TẠO CHỦNG CHỦ (HOST) ĐỂ BIỂU
HIỆN HỢP CHẤT NGOẠI LAI CỦA
Streptomyces
Nhóm thực hiện:
Nguyễn Trịnh Quỳnh Như
Trần Hán Phương Thảo


QUY TRÌNH SẢN XUẤT CÁC HỢP CHẤT SỬ DỤNG CÁC CHỦNG CHỦ
BIỂU HIỆN SẢN PHẨM CỦA CHÍNH NÓ HOẶC SẢN PHẨM NGOẠI LAI


ƯU ĐIỂM CHUNG CỦA SẢN PHẨM NGOẠI LAI TỪ CHỦNG CHỦ
DỊ HỢP
Ưu điểm
• Việc sử dụng các máy chủ đại diện cho phép truy cập vào các sản phẩm tự nhiên được
mã hoá bởi BGC từ các vi sinh vật khó nuôi hoặc không trồng, bao gồm các loài động vật
biển trên mặt đất và đất liền hiếm.
• Các chủng chủ dị hợp được sử dụng rộng rãi cho sản xuất có tính di truyền nhiều hơn so
với chủng thuần, cho phép tối ưu hoá hiệu quả sản xuất.
• Chủng chủ dị hợp có thể được thiết kế để ổn định hơn về di truyền học, giúp đảm bảo
hiệu suất sản xuất ổn định.


HẠN CHẾ CHUNG CỦA SẢN PHẨM NGOẠI LAI TỪ CHỦNG CHỦ DỊ
HỢP
Hạn chế
• Một trong những thách thức chính đối với các hệ thống sản xuất dị hợp là thiếu các
tiền chất tổng hợp quan trọng hoặc chức năng của enzym, khác biệt với các nhóm
BGC (biosynthetic gene clusters) khác nhau.
• Các thách thức khác bao gồm các hệ thống quy định không tương hợp, đòi hỏi phải

có sự điều chỉnh hoặc thay thế các promoter ban đầu để biểu hiện các BGCs và sản
sinh chất chuyển hóa. Sự biểu hiện không đồng nhất của các gen sinh tổng hợp có
thể dẫn đến gánh nặng trao đổi chất cao hơn và / hoặc sản xuất các hợp chất độc hại,
làm hạn chế hàm lượng sản xuất.


ƯU ĐIỂM VÀ HẠN CHẾ CỦA CHỦNG CHỦ DỊ HỢP Streptomyces spp.
Ưu điểm
• Giàu tiền chất trao đổi chất và cơ chế enzyme
hỗ trợ hầu hết các con đường sinh tổng hợp
• Sự trao đổi chất nội tại linh hoạt giúp duy trì
tính duy nhất yêu cầu sửa đổi sau dịch mã cho
PKS (Polyketide Synthase) và chức năng NRPS
(Non-Ribosomal Peptide Synthetase)
• Thích hợp cho sự biểu hiện của hầu hết các
protein từ actinomycetes.

Hạn chế
• Tốc độ tăng trưởng chậm
• Thiếu các bộ phận di truyền và công
cụ thao tác di truyền tiên tiến
• Có BGC cạnh tranh nội sinh


CÁC BƯỚC TẠO CHỦNG CHỦ DỊ HỢP BIỂU HIỆN SẢN PHẨM
NGOẠI LAI


SỰ TIẾN HOÁ NHIỄM SẮC THỂ CÓ KÍCH THÍCH HÓA HỌC

SỬ DỤNG Cre-loxP RECOMBINATION
Komatsu và các đồng nghiệp đã xóa 1.4 Mbp các vùng phụ cận chứa các
BGC nội sinh và các gen không cần thiết như transposons và các trình tự
chèn từ S. avermitilis. Năng suất Streptomycin trong dòng SUKA5 tối thiểu
khoảng 3,5 và 4 lần so với ở S. griseus và các chủng S. avermitilis hoang dã,
tương ứng. Một dòng SUKA17 giảm thiểu về gien khác, có tốc độ tăng
trưởng và tăng trưởng nhanh hơn, có thể liên tục sản xuất cephamycin C
trong thời gian dài hơn mà không làm giảm chất lượng sản phẩm so với
giống S. clavuligerus. SUKA17 đã được sử dụng để tạo ra 29 terpene
synthase từ actinomycetes, dẫn đến việc xác định 13 terpenoids mới.230
Sự tổng hợp của các dòng S. avermitilis đã được chứng minh bằng biểu
hiện dị biệt của 21 trong số 26 BGCs với sản xuất
mỡ từ 1-360 mg L -1


Chủng S.avermitilis sản xuất Avermectin


Các đột biến lớn
SUKA2 và SUKA3
của S. avermitilis


Dùng S.avermitilis làm chủng chủ để sản
xuất Streptomycin
• Bộ gen S. avermitilis cho thấy rằng mặc dù vi sinh vật có chứa
một số gen cluster sinh tổng hợp, nhưng không có nhóm gen
nào cho sinh tổng hợp kháng sinh aminoglycosid
• Bộ gen của chủng sản xuất S. griseus đã chỉ ra rằng ít nhất 27

gen (sgr5914sgr5940) liên quan đến sự điều hoà, sự tự kháng
và sự tổng hợp streptomycin


Kết quả tạo
Streptomycin sau khi
dùng chủng chủ
S.avermitilis


Dùng S.avermitilis làm chủng chủ để sản
xuất Cephamycin C
• Biểu hiện trong S. avermitilis của clavuligerus S. clavuligerus gene clusterencoding β-lactam kháng sinh cephamycin C sinh tổng hợp.
• Thuốc kháng sinh β-lactam, bao gồm penicillin và cephalosporin, được lấy
từ tripeptide được tổng hợp bằng synthetase nonribosomal peptide
(NRPSs).
• Các biến thể, SUKA17 (pCEF2), được kiểm tra để tìm thấy các điều kiện nuôi
cấy thích hợp để hỗ trợ sản xuất cephamycin C.


Khả năng tạo Cephamycin
C của S.avermitilis đã đột
biến gen


Dùng S.avermitilis làm chủng chủ để sản
xuất Pladienolide
• Gen cluster sinh tổng hợp S.platensis Mer-11107
• Các chất chuyển hóa thứ cấp nội sinh chủ yếu của S. avermitilis
hoang dã là các hợp chất polyketide (avermectins, lipid và

oligomycin), mỗi loại được tổng hợp bằng một gen PKS
• Sử dụng một nhân bản tái tổ hợp BAC (pPLD30) mang cụm
gen toàn bộ 75-kb để tổng hợp pladienolit để đưa đường đi vào
cả S. avermtilis hoang dã và SUKA5 bằng cách liên hợp


KẾT LUẬN
• Ở những điều kiện như nhiệt độ cao thì đặc tính tăng trưởng của
S.avermitilis ổn định cao hơn S.coelicolor A3 và S.griseus.
• Việc tăng cường các tính trạng ổn định về mặt di truyền của S.
avermitilis làm cho nó trở nên đặc biệt thích hợp như một nguồn sản
xuất các sản phẩm tự nhiên nội sinh và là nguồn sản xuất các sản phẩm
có nguồn gốc sinh học ngoại sinh.
• Tính khả thi của việc sử dụng thiết bị S.avermitilis như là một chủng chủ
dị hợp tử do sự biểu hiện hiệu quả của các gen cluster nguyên vẹn cho
cả quá trình sinh tổng hợp streptomycin và cephamycin C cao hơn các
chất chuyển hóa trong các dòng gốc tạo ra ban đầu.
• Do đột biến nên S.avermitilis không sản sinh các sản phẩm nội sinh nên
năng suất sản phẩm thứ cấp ngoại sinh tăng cao.


Tài liệu tham khảo
• QIU, Jingfan, et al. Overexpression of the ABC transporter AvtAB
increases avermectin production in Streptomyces avermitilis. Applied
microbiology and biotechnology, 2011, 92.2: 337-345.
• KOMATSU, Mamoru, et al. Genome-minimized Streptomyces host for
the heterologous expression of secondary metabolism. Proceedings
of the National Academy of Sciences, 2010, 107.6: 2646-2651.
• Zhang, Mingzi M., et al. "Engineering microbial hosts for
production of bacterial natural products." Natural product

reports33.8 (2016): 963-987.