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Surfactin中脂酰基结构的改造

作者:上海一研生物科技有限公司 2018-10-23T00:00 (访问量:2103)

       相比于已经深入研究的NRPS催化surfactin肽环结构的合成,surfactin分子中脂酰基结构的合成途径研究则显得很单薄。Surfactin中脂肪链的长度一般为C13–C15,通常以C14和C15组分为主(60%–80%),脂肪酸组分的结构差异也会对物理化学性质和生物活性产生显著的影响。在抗真菌活性和表面活性方面,构型性能为straight(n)强于iso强于anteiso;在发泡能力方面C14-surfactin强于C13和C15。随着surfactin脂肪链长度的增加,其表界面活性显著增强。甚至,surfactin脂肪酸组分比surfactin总产量对表面活性的影响作用更大,iso-奇数脂肪酸异构体比n-偶数脂肪酸异构体具有更高的排油圈活力。本课题组的研究表明surfactin在同等工作浓度下,C15-surfactin组分含量越高,其油砂清洗效率和原油驱替效率越高。因此,在对surfactin的结构多样性研究中,定向改造或强化特定碳链组分的surfactin产物对于促进surfactin的应用同样具有重要意义。

 
      糖脂类生物表面活性剂如鼠李糖脂或槐糖脂,其疏水结构也都是中长链的脂肪酸;糖脂的疏水结构脂酰基链长及不饱和度与菌株特性有关,也与发酵原料有关,糖脂的优势发酵底物通常是油脂或脂肪酸。但是,向培养基中添加油脂或游离脂肪酸并不能促进surfactin合成,反而起抑制作用,这也使得我们推测surfactin中的脂肪酸结构可能来源于从头合成途径。
 
      有关surfactin脂肪酸结构的早期研究是通过改变培养基中氨基酸组分来实现,如在B. subtilis T89-42菌株的培养基中添加Arg、Gln或Val可以增加偶数β-羟基脂肪酸组分(C14, C16),而添加Cys、His、Ile、Leu、Met、Ser或Thr可以增加奇数β-羟基脂肪酸组分(C13, C15)。此后,人们通过改造或强化某些氨基酸合成途径,也引起了surfactin产物的脂肪酸组分变化。Coutte等通过强化L-Leu的代谢途径,使得B. subtilis 168衍生菌株中surfactin产量提高了1.6–20.9倍;其中,敲除codY基因以后,不仅让surfactin的产量达到最高,还使得surfactin的结构组分发生了变化:对照菌株中C13和C14的组分分别是39.7%和21.2%,而敲除了codY以后的比例分别为26.5%和40.6%。后来,Coutte等在研究支链氨基酸代谢途径时发现,在敲除了负责支链氨基酸最后一步降解的基因lpdV后,带有直链C14的surfactin比例提高了2.5倍。
 
       显然,利用外源添加氨基酸组分或内部改造氨基酸合成途径还难以实现对surfactin脂肪酸结构的定向控制;针对脂肪酸结构的改造,还需要深入理解surfactin的底物3-羟基脂肪酸如何参与NRPS的合成启动。Steller等的研究表明,在surfactin的合成起始步骤中,底物3-羟基脂肪酸在脂酰CoA连接酶(fatty acyl CoA ligases,FACLs)作用下与辅酶A (CoA)结合后,以3-羟基脂酰CoA的激活形式参与第一个氨基酸Glu的酰化作用。他们对枯草芽胞杆菌中4个FACLs (LcfA、YhfL、YhfT和Yngl)进行敲除实验发现,单一敲除只能导致surfactin的产量降低38%–55%,同时敲除2–3个基因时surfactin产量约为20%–65%,同时敲除4个基因时产量下降了84%。这一结果表明surfactin合成途径中,催化脂肪酸形成脂酰CoA激活形式的FACLs可能存在多个基因或多个同工酶。
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