通过整合静态和动态CRISPRi介导的代谢开关来增强Saccharopolyspora spinosa中的Spinosyn生成

《Journal of Agricultural and Food Chemistry》：Enhancement of Spinosyn Production by Integrating a Static and Dynamic CRISPRi-Mediated Metabolic Switch in Saccharopolyspora spinosa

　　本研究通过整合静态和动态CRISPRi策略调控链霉菌初级代谢途径，抑制gltA1、fabH3、fabH4、glgC、pyc和gltA2六个基因表达，使斯泼林酮产量提升2倍，同时维持了菌体正常生长。该策略有效平衡了生长与次级代谢，为其他放线菌的天然产物高产转化提供了新范式。

　　

由产生的螺丝菌素（spinosyns）是一种多酮类衍生的Macrolide杀虫剂，具有广阔的市场前景。然而，其大规模生产仍受到工业菌株产量较低的制约。在此，我们开发了一种结合静态和动态CRISPRi技术的策略，旨在在不影响细菌生长的前提下重新定向代谢途径以增加螺丝菌素的产量。首先，通过静态CRISPRi技术抑制初级代谢过程中的四个基因（gltA1、fabH3、fabH4和glgC），使螺丝菌素的产量提高了19%至55%，且细菌生长未受影响。进一步同时抑制这些基因后，螺丝菌素的产量进一步增加。然而，如果静态抑制另外两个基因（pyc或gltA2），则会严重阻碍细菌生长并降低螺丝菌素的合成。为了解决这个问题，我们研究了螺丝菌素生物合成基因簇（BGC）中的两个与生长阶段相关的启动子，并利用它们动态抑制pyc和gltA2，从而使螺丝菌素的产量提高了44%至68%，同时保持了良好的细菌生长状态。最终，通过同时静态和动态抑制这六个目标基因，螺丝菌素的产量提高了两倍以上。总体而言，这种基于CRISPRi技术的综合策略成功地在中实现了初级代谢途径的重编程，达到了生长与次级代谢之间的平衡，从而实现了螺丝菌素的过量生产。该策略在其他放线菌中用于天然产物的过量生产也具有广泛的应用潜力。