天蓝色链霉菌产达托霉素的发酵培养基优化及高产菌株选育

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达托霉素(Daptomycin)是从玫瑰孢链霉菌(Streptomyces roseosporus)NRRL 11379的发酵液中分离得到的一种新型环脂肽类抗生素,然后由Cubist制药公司研发,在2003年以Cubicin为商品名在美国上市。达托霉素可以用于治疗一些由革兰氏阳性病原菌引起的并发性皮肤及皮肤结构感染等症状。达托霉素具有一种独特的作用机制,使其在治疗由多种耐药菌,如:耐甲氧西林的金黄色葡萄球菌(Methicillin-resistant Staphylococcus aureus,MRSA)等引起的感染中发挥了重要作用。作为“病原菌的最后一道防线——万古霉素”的替代品,达托霉素在医学方面具有广阔的应用前景。但是在发酵生产中,达托霉素的发酵水平较低,限制了其市场前景。因此,提高达托霉素的发酵产量具有重要意义。本实验以一株异源表达菌株——天蓝色链霉菌(Streptomyces coelicolor)K10作为达托霉素生产菌株,首先,通过响应面法(Response surface methodology,RSM)获得了稳定高产的达托霉素发酵培养基,然后,采用紫外(UV)诱变、亚硝基胍(NTG)诱变和多轮基因组重排技术(Genome shuffling)对原始菌株进行高产菌株选育。主要结果如下:1)获得较佳的产达托霉素培养基配方。首先利用单因素实验探明不同的碳源、氮源和微量元素对达托霉素产量的影响。根据单因子实验结果,初始发酵培养基中的碳源成分更换为糊精和麦芽糖,再添加L-Asn作为培养基成分之一。接着,利用Plackett-Burman(PB)实验设计筛选到影响达托霉素产量的显著因子,即为糊精、酵母提取物和酪蛋白,最后基于中心组合设计(Central composite design,CCD)的响应面方法来确认显著影响因子的最佳水平。Design Expert 8.0软件对实验数据进行处理和分析,计算出达托霉素发酵培养基配方(g/L)为糊精25.11、麦芽糖16.00、酵母提取物2.20、酪蛋白2.00、L-Asn 1.00、MOPS 10.00,初始p H值为7.0。通过验证实验证实优化后的培养基产达托霉素的产量可以达到15.30±1.23 mg/L,较原始培养基提高了2.17倍。2)达托霉素高产菌株选育。首先,对S.coelicolor K10分别进行UV诱变和NTG诱变处理,在确定最佳的诱变剂量后,成功筛选到6株达托霉素高产菌株,分别为UV-1、UV-19、UV-23、NTG-1、NTG-5和NTG-9;之后通过两轮Genome shuffling获得了一株达托霉素高产融合子GS-2-30,其产量可以达到39.66±0.99 mg/L,相比较原始菌株产量提高了1.59倍,经验证,菌株GS-2-30的遗传性能稳定。
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