棘白菌素类抗真菌药物是医治深部真菌感染的一线临床用药。其间，米卡芬净因存在天然磺酰化润饰而具有比较好的水溶性优势。棘腔孢霉发酵出产的环脂肽类天然产品FR901379是米卡芬净工业出产的前体化合物，其发酵功率低使得米卡芬净出产所带来的本钱较高，约束了米卡芬净的商场使用。解析FR901379生物组成机制、展开工业菌株理性改造是进步出产功率的重要研讨方向。近来，中国科学院青岛生物动力与进程研讨所吕雪峰团队解析了FR901379的完好生物组成途径和调控机制，并说明晰磺酰化构成机制；依据此，经过代谢工程改造显着进步了工业菌株的发酵功能，并依据磺酰化模块创制了水溶性进步数千倍的新式磺酰化棘白菌素类化合物。

  科研团队对FR901379组成基因簇进行生物信息学猜测，经过基因敲除进行了体系验证并提出FR901379环脂肽骨架的生物组成途径，包含非天然氨基酸底物组成模块、环脂肽骨架拼装模块和后润饰模块（图2）。但是，研讨在中心基因簇mcf中一直未发现氧磺酰基模块组成基因。研讨使用HMMER构建隐马尔可夫模型猜测同源基因，并结合差异转录组数据，挑选或许担任氧磺酰基基团组成的候选基因。体内敲除和体外酶活依据成果得出，氧磺酰化润饰由细胞色素P450酶McfP和磺酰基转移酶McfS在环脂肽后润饰阶段完结（图2）。这两个润饰基因独立于环脂肽母核中心基因簇，构成了一个独立的磺酰化基因簇。这两个独立基因簇经过簇内转录调控因子McfJ完成了组成进程的跨基因簇协同效果。前期研讨在土曲霉中发现了这种跨基因簇协同调控现象，这或是进化进程中丝状真菌取得杂乱化合物组成才能的有用方法之一（Angew. Chem. Int. Ed. Engl., 2020, 132:4379-4383）。

  该作业说明FR901379生物组成机制后，针对棘腔孢霉发酵进程中存在产值低、副产品难别离等问题，展开了体系的工业菌株理性改造研讨。该作业经过强组成型启动子对转录调控因子McfJ进行过表达，使FR901379组成途径全面上调，摇瓶产值进步了3倍，到达1.32g/L（图3A）。为削减因氧化不充分导致的中心产品堆集，该研讨对要害的后润饰限速酶McfF和McfH进行过表达，组成途径优化后副产品含量削减80%以上，产值也显着进步，终究在5L发酵罐中产值到达4.0g/L，高于现有工业水平（图3B）。

  磺酰基基团可以添加化合物的水溶性，从而添加药物的生物使费用，为了创制更多的磺酰化棘白菌素类化合物，研讨将磺酰化模块在抗真菌药物卡泊芬净前体（纽莫康定B）出产菌株中进行了异源重构，取得了氧磺酰化纽莫康定B，且其水溶性进步了4000多倍。该研讨为创制更多磺酰化棘白菌素类化合物供给了酶学元件和可行性验证（图4）。

  该研讨完好解析了FR901379的生物组成机制，在此根底上对FR901379组成途径的适配性来优化，创制了水溶性的新式磺酰化棘白菌素类化合物，为米卡芬净出产的根本工艺提质增效奠定了根底，并为药物水溶性进步供给了新思路。相关研讨成果宣布在《代谢工程》《微生物细胞工厂》上。研讨作业得到国家重点研制方案青年科学家项目、国家自然科学基金、山东省人才方案等的支撑。