丝状真菌基因工程进展

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1、万方数据氨基酸和生物资源2009，31(1)：25—28Am／noAcids&BioticResources丝状真菌基因工程进展杨丰科，姜萍+，李思东，王守满(青岛科技大学化工学院山东青岛266042)摘要：丝状真菌被广泛应用于生物工程来生产化学药品、药物制剂及酶。为了提高其生产能力，基因工程战略是一种较好的途径。为了使丝状真菌更好的用于工业生产，近年来出现许多新的转化技术。然而，由于缺乏有效的基因工程战略，许多真菌在生产新的、有商业价值的代谢产物上都存在着不足。在此总结了几种最新介导和控制基因表达的方法，并讨论了各自的优、缺点。此外，对丝状真菌今后的发展

2、进行了展望。关键词：丝状真菌；基因工程；转化技术中图分类号：Q78文献标识码：A文章编号：1006—8376(2009)01—0025—041简介丝状真菌能够在简单、廉价的培养基上生长。由于它们能生成有较好经济效益的代谢产物，所以日益受到人们的关注，迫切需要将它们开发成工业化的生产菌株。目前，丝状真菌作为细胞工厂已经用来生产一系列产品：从简单的有机酸到复杂的次级代谢产物。工业上由丝状真菌生产化合物的例子如表l所示：表l工业上由丝状真菌生产的重要化合物由于丝状真菌有异常高的表达和分泌蛋白能力，使它们在生产酶上成为必不可少的菌株。目前，收稿日期：2008—10

3、—27作者简介：杨丰科，男(1962一)硕士，教授，专业制药工程+通讯作者基金来源：本实验受到山东省自然科学基金(Q2006802)、兰州大学功能有机分子国家重点实验室开放基金(200708)资助。天然或重组酶主要由黑曲霉素、木聚糖酶等生产，并且许多菌株目前正处于研究中⋯。另外，丝状真菌具有惊人的产次级代谢产物能力，目前许多次级代谢产物已经实行工业化生产，成为重要的I临床药物。如含有B一内酰胺基团的抗生素，包括青霉素、头孢菌素是首先得益于丝状真菌分子技术进步的药物。对B一内酰胺抗生素生物合成分子遗传学的进一步了解，有助于我们更合理地对其进行改进，并设计出新

4、的生物合成工程化路径。此外，丝状真菌还能生产生物活性化合物如环胞素A(免疫抑制剂)、洛伐它丁(降胆固醇浓度制剂)、紫杉醇(抗癌剂)、灰黄霉素(抗真菌剂)等一系列对人类身体健康有益的化合物旧’3J。尽管在此不能一一罗列所有工业上利用真菌生产的化合物，但也足以看出丝状真菌的代谢多样性及在生物技术上作为细胞工厂的重要性。将来，在分子水平上对生产菌株进行改进，将是真菌生物技术的一个重要里程碑。不管天然生产菌株还是重组的代谢生产菌株，基因工程和代谢工程法都是提高菌株生产能力的有力工具。然而，这一设想的实现必须建立在对丝状真菌的基因表达调控不断提高的基础E。2基因工程

5、转化的DNA技术为了提高丝状真菌的生产能力及避免副产物的生成，基因工程可以说是一个非常有效的工具。然而，在实行工程化之前，将我们感兴趣的基因导人受体细胞这一操作比较困难。另外，对于许多真菌来说，很多因素影响同源染色体重组或非常规重组模式和频率。这些因素不仅包括宿主本身，还包括所使用的转化技术。因此，在设计一种工程战略之前，万方数据·26·杨丰科等：丝状真菌基因工程进展必须找到适合的转化技术。自第一次成功地对酿酒酵母进行原生质体介导(PMT)转化以来川，用原生质体进行转化就被应用于若干其他的丝状真菌，但是转化频率不是很高‘n引。为了提高丝状真菌的转化，在过去

6、的几年中已研发出几种转化方法如电穿孔术、红外线放散转化、基囚枪介导转化法、土壤农杆菌噬菌体介导转化(ATMT)等。下面就将这些转化方法的主要优点和缺点简单讨论一下(如表2所示)。表2丝状真菌4种常见基因转化方法然而对于有些真菌来说，这4种技术并不是完全适用，有些真菌因为对不同方法存在抗性，所以有必要对它们进行优化【8J。但总体来讲，原生质体转化(ATMT)是应用最好的一种一J。如利用ATMT转化技术，T—DNA的转化效率是传统方法的100～1000倍¨0I。另外，DeGroot等人用农杆菌介导法(PMT)转化构巢曲霉，与常规CaCl：／PEG原生质体法相比

7、，转化效率提高了约600倍¨¨。然而，也有报道表明，ATMT在转化黑曲霉时并不成功，甚至都没产生转化子¨2}。所以，到目前为止，在预测某种转化方法是否可行时还没有一般规律。有意思的是，当用ATMT法将DNA导入泡盛曲霉、大斗菇、尖镰孢菌以及乳牛肝菌这些丝状真菌中时，大部分进行单克隆整合。然而，当换用农杆菌介导转化(PMT)法时，就会发现优先进行双克隆整合。由此可见，对于DNA的转化，选用何种转化技术对设计代谢工程战略有相当大的影响。例如，当需要定向整合或使基因沉默时，ATMT是很好的选择。相比之下，当多重副本基因在染色体组上随机插入时，最好选择PMT。报道

8、表明，在黑曲霉和里氏木霉中利用上述战略，能够较好的提高蛋白质的产量