近期，生命科学学院汪城墙/刘凯团队在微生物天然产物的合成与分泌机制，以及抑菌应用开发领域取得系列重要进展。
多粘类芽孢杆菌是一类安全高效的植物根际促生细菌（Plant growth-promoting rhizobacteria，PGPR），现已作为底盘菌株应用于生物制造领域。本研究以提升脂肽类抗生素多粘菌素P的合成产量为目标，对多粘类芽孢杆菌SC2开展了诱导合成体系及外排机制的研究。采用异源木糖诱导型启动子PxylA表达多粘菌素P的人工改造基因簇pmxABE，成功构建了木糖依赖型的多粘菌素P可控合成体系，且通过延迟诱导策略可显著提升多粘菌素P的产量。基于多粘类芽孢杆菌和病原菌的互作组学分析，筛选并鉴定出一个响应病原菌信号的内源启动子PlipA1，将其用于表达多粘菌素外排转运蛋白pmxD，成功构建了多粘菌素分泌研究模型。基于此模型，借助同源序列保守性分析、分子对接和分子定向进化技术，明确了T38位点是PmxD介导多粘菌素外排活性的关键残基；进一步对该位点进行饱和突变，获得了T38W与T38Y突变体，可使多粘菌素P产量提升约四倍；T38位点引入苯环结构，通过π-π堆叠力与疏水堆积协同作用，可显著增强PmxD的外排效率。为降低多粘菌素P的工业化生产成本，本研究首次开发出以未脱毒木质纤维素水解液与甘蔗糖蜜复配的复合培养基，实现多粘菌素P的低成本生物合成；在该培养条件下，PmxD（T38W）工程菌株的多粘菌素P产量也可提升24.68%。本研究证实，诱导型启动子系统的优化与外排转运蛋白的分子改造，是强化多粘类芽孢杆菌产生多粘菌素的有效策略，且该策略在未脱毒生物质原料的低成本发酵体系中同样适用，推动了产业化进程。以上研究成果在期刊《Bioresource Technology》上发表了题为“Expanding genetic regulatory and efflux mechanisms for improved polymyxin production in Paenibacillus polymyxa”的研究论文，山东农业大学为该论文的第一完成单位，生命科学学院硕士研究生裴建和侯耀辉为论文共同第一作者，汪城墙副教授为论文独立通讯作者，杜秉海教授、刘凯和戴莉老师在此工作中做出了重要贡献，其他多位校外老师也参与了该工作。
研究团队合作开发了可生物降解的果胶基抗菌复合薄膜，可长效抑菌，在食品绿色防腐领域具有广阔的应用前景。相关研究成果在期刊《Postharvest Biology and Technology》上发表了题为“TA@montmorillonite modified biodegradable pectin films with slow-release antibacterial activity for postharvest fruit protection”的研究论文。生命科学学院汪城墙副教授为论文共同通讯作者。
研究团队与中国科学院微生物研究所合作，在工程菌生物安全控制领域取得新进展，提出一种将毒素-抗毒素模块与CRISPR-Cas系统偶联的生物封控新策略，构建了具有遗传稳定性的双层生物安全开关，可助力工程微生物的安全应用，相关研究成果在期刊《Nucleic Acids Research》上发表了题为“Associate toxin–antitoxin with CRISPR-Cas to harness (ATTACH) engineered microbes”的研究论文。生命科学学院硕士研究生周涛和汪城墙副教授为论文共同第一作者。
多粘菌素分泌研究模型与外排转运蛋白的分子改造
以上系列研究工作，获得了国家自然科学基金面上项目、国家自然科学基金青年基金项目、山东省重点研发计划等项目的联合资助。
原文链接：
https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S0960852426006036
https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S0925521426000761
https://academic.oup.com/nar/article/54/5/gkag213/8516235?guestAccessKey&login=true
编 辑：万 千
审 核：贾 波
