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为解决多烯大环内酯类药物溶血毒性高、水溶性差的问题，研究人员在链霉菌中异源表达糖基转移酶基因 nppY，合成双糖匹马菌素（DSP）。结果显示其溶血毒性降低 12.6 倍，水溶性提升 107.6 倍，为安全抗真菌药物开发提供新方向。
多烯大环内酯类抗生素（如匹马菌素）因高效抗真菌活性被广泛应用于临床和食品防腐，但其存在严重的溶血毒性和水溶性差等问题，限制了临床应用。如何在保留抗真菌活性的同时降低毒性、提高水溶性，成为该领域亟待突破的关键科学问题。为解决这一难题，吉林化工学院的研究人员开展了双糖修饰多烯大环内酯的相关研究，旨在通过生物合成手段开发更安全有效的抗真菌药物。该研究成果发表在《Microbial Cell Factories》，为多烯类抗生素的结构优化提供了新策略。
研究中采用的关键技术方法包括：①基因工程技术，将糖基转移酶基因 nppY 克隆至 pSET152 载体并转入链霉菌（Streptomyces gilvosporeus），构建重组菌株；②代谢分析技术，通过 RT-PCR 和 qRT-PCR 验证 nppY 基因转录水平；③分离分析技术，利用 HPLC、质谱（MS）和核磁共振（NMR）对产物进行结构鉴定；④活性评价技术，通过最小抑菌浓度（MIC）和半数溶血浓度（HC??）测定抗真菌活性和溶血毒性；⑤发酵优化技术，运用 Plackett-Burman 设计和响应面法（RSM）优化培养基组成。
关键研究结果
重组菌株构建与基因表达验证
通过异源表达 nppY 基因，成功构建链霉菌（pSET152-nppY）菌株。RT-PCR 和 qRT-PCR 结果显示，重组菌株中 nppY 转录水平较野生型提高 5.91 倍，表明外源基因实现高效表达。
新化合物结构鉴定
HPLC 检测到重组菌株产生新产物（DSP），其保留时间（8 min）短于匹马菌素（12 min）。MS 分析显示 DSP 分子量为 869.7 Da，NMR 谱图证实其含有 N - 乙酰葡萄糖胺组成的双糖基团（α1–4 连接），结构确认为双糖匹马菌素。
理化与生物学特性分析
与匹马菌素相比，DSP 的 MIC 值提高约 50%（抗真菌活性降低），但 HC??值从 165 μg/mL 升至 2083 μg/mL（溶血毒性降低 12.6 倍），水溶性从 34.4 μg/mL 增至 3700 μg/mL（提升 107.6 倍）。雷达图显示 DSP 安全性显著优于母体化合物。
发酵工艺优化
通过单因素实验和响应面法优化，确定最佳培养基组成为：葡萄糖 45 mg/mL、(NH?)?SO? 2.48 mg/mL、K?HPO? 0.21 mg/mL。在此条件下，DSP 最高产量达 138.168 mg/L，较初始条件显著提升。
菌株生长与代谢分析
重组菌株生长周期延迟 6 小时，推测 nppY 表达增加代谢负担。扫描电镜显示其菌丝表面较野生型粗糙，可能与糖基转移酶活性相关。温度敏感性实验表明，28℃、108 小时为最佳发酵条件，此时 DSP 产量最高。
研究结论与意义
本研究通过基因工程手段成功开发双糖修饰多烯大环内酯类化合物 DSP，其溶血毒性显著降低、水溶性大幅提升，为解决多烯类抗生素的临床毒性问题提供了新范式。研究首次在链霉菌中实现 nppY 基因的异源表达，证实双糖修饰可通过糖基转移酶催化高效实现，且无需依赖天然启动子元件。尽管 DSP 抗真菌活性略有下降，但其治疗指数（T 值）通过公式T=HC50MIC+SMIC计算显著优于匹马菌素，显示出更优的临床应用潜力。此外，发酵优化策略为工业化生产提供了可借鉴的工艺参数，而菌株代谢负担的研究为后续代谢工程优化奠定了基础。该研究不仅拓展了多烯抗生素的结构多样性，更通过 “毒性降低 - 水溶性提升” 的双重优化，推动了安全抗真菌药物的研发进程，具有重要的科学意义和转化应用价值。
