通过基于2A肽的多基因共表达系统增强头孢菌素C的生物合成

《ACS Synthetic Biology》：Enhancing Cephalosporin C Biosynthesis through a 2A Peptide-Based Multigene Coexpression System

头孢菌素C（CPC）生产依赖Acremonium chrysogenum，但其代谢工程面临多基因共表达效率低的问题。本研究开发了一种基于2A肽的多基因共表达系统，通过筛选发现P2A肽效率最高（88.2%自切割效率），支持驱动基因ACRE_076110与cefEF、cefG等关键基因共表达，使CPC产量提升3.19倍，并在工业菌株中实现22.2%增产。

　　

头孢菌素C（CPC）是一种天然产物，是多种半合成头孢菌素的关键前体。其工业生产主要依赖于Acremonium chrysogenum菌株。然而，作为大规模CPC发酵所使用的唯一微生物菌株，A. chrysogenum在代谢工程方面面临挑战，因为缺乏高效的多基因共表达系统。本研究首次开发并应用了一种基于2A肽的多基因共表达系统在A. chrysogenum中的使用。系统评估了十种病毒来源的2A肽的自切割效率，范围从66.5%到88.2%，其中P2A的表现最佳。随后选出了效率最高的P2A肽，根据转录组数据实现了高水平和低水平的可调控表达，并支持在A. chrysogenum中共表达三个基因（包括驱动基因）。该系统随后被用于共表达关键的CPC生物合成基因cefEF和cefG以及驱动基因ACRE_076110，使得CPC的产量相比野生型菌株提高了3.19倍。此外，这一策略还成功应用于一种工业高产菌株，CPC的产量从6.09 g/L提升到了7.45 g/L，提高了22.2%。总体而言，本研究为提高A. chrysogenum中CPC产量的代谢工程工作提供了宝贵的工具。