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在短密青霉（Penicillium brevicompactum）麦考酚酸（MPA）生产中，多基因表达效率低、代谢工程研究有限。研究人员构建 Kozak 优化的 2A 肽多基因表达系统，使 MPA 产量达 4.30g/L，提升 49.31% ，为相关研究提供新策略。
在生命科学的微观世界里，丝状真菌犹如一座宝藏库，蕴含着无数具有重要价值的次生代谢产物。短密青霉（
Penicillium brevicompactum）就是其中一位 “宝藏生产者”，它能合成麦考酚酸（mycophenolic acid，MPA）。MPA 可不是一般的物质，它拥有抗病毒、抗真菌、抗菌、抗肿瘤等多种神奇 “技能”，在器官移植中作为免疫抑制剂更是发挥着关键作用，为无数患者带来了生的希望。
然而，在探索短密青霉生产 MPA 的道路上，科研人员遇到了不少难题。一方面，虽然短密青霉广泛用于工业生产 MPA，但对其代谢工程和基因调控的研究却十分有限。另一方面，在优化 MPA 的生物合成和代谢途径时，高效、协调地表达多个基因至关重要，可现有的策略总是效率不高，还容易出现表达失衡的情况。这不仅限制了 MPA 的产量，还会浪费资源，甚至抑制细胞生长，就像在一场精密的交响乐演奏中，各个乐器总是无法默契配合，导致整首曲子杂乱无章。
为了解开这些难题，推动 MPA 生产的发展，来自国内的研究人员开启了一场充满挑战的科研之旅。他们将目光聚焦在 2A 肽多基因表达系统上，并创新性地引入 Kozak 序列进行优化。经过不懈努力，他们发现这一优化显著增强了甲羟戊酸（mevalonate，MVA）途径中两个关键基因 —— 乙酰辅酶 A 乙酰转移酶基因（ERG10）和 HMG - CoA 合成酶基因（ERG13）的转录。在 PP - K10K13 菌株中，ERG10和ERG13基因的转录水平相比没有 Kozak 序列的 PP - 1013 菌株分别提高了 77.02% 和 67.63%。同时，MPA 的产量达到了 4.30g/L，相较于野生型菌株（WT）增加了 49.31%。而且，含有引入 Kozak 序列的工程菌株生长状况也得到了改善，菌丝干重增加，这意味着代谢工程改造对菌株生长的抑制作用减轻了。
这项研究成果意义重大，它不仅为短密青霉多基因表达提供了有效工具，也为后续的基因工程改造奠定了坚实基础。此外，该研究还为构建更高效的 2A 肽多基因表达系统提供了新思路，有望推动整个青霉属或丝状真菌相关研究的发展，就像为科研人员在探索丝状真菌代谢奥秘的道路上点亮了一盏明灯。该研究成果发表在《Fungal Biology》杂志上。
研究人员在开展研究时，主要运用了以下关键技术方法：首先，以egfp和mCherry作为报告基因，用于评估相关基因的表达情况。其次，遵循 Kozak 原则设计 Kozak 序列，并将其与目标基因进行连接和构建，以此来优化基因表达环境。
下面让我们详细了解一下研究结果：
- 构建及验证 Kozak 优化的ERG10和ERG13过表达菌株：研究人员通过将设计好的 Kozak 序列连接到egfp基因上，再把 Kozak - egfp和mCherry基因插入到 pPK3 - PP2A 载体中，构建出 PPP - mCherry - KEGFP 菌株。利用共聚焦显微镜观察，发现 EGFP 荧光蛋白能在 488nm 处发出绿色荧光，这表明将 Kozak 序列引入 2A 肽表达系统是可行的。
- 优化系统对基因转录及 MPA 产量的影响：研究证实，引入 Kozak 序列的优化 2A 肽多基因表达系统，大幅提升了ERG10和ERG13基因的转录水平，进而显著提高了 MPA 的产量，达到 4.30g/L，相比野生型有了 49.31% 的增长。
- 优化系统对菌株生长的影响：观察发现，含有 Kozak 序列的工程菌株生长状态更好，菌丝干重增加，说明该优化系统减轻了代谢工程改造对菌株生长的抑制作用。
在研究结论和讨论部分，研究人员指出，丝状真菌产生的次生代谢产物因其卓越的治疗特性受到越来越多的关注。但与其他常见的模式真菌或工业丝状真菌相比，短密青霉在基因操作工具研究方面还存在不足，MPA 生物合成途径及其调控机制的研究也相对匮乏。而本研究成功构建的 Kozak 优化 2A 肽多基因表达系统，有效解决了部分问题。它不仅显著提高了下游基因的转录效率，还缓解了生长抑制，提升了工程菌株的整体生长状态，大幅增加了 MPA 产量。这一成果为短密青霉代谢工程研究提供了新的有力工具，也为未来在青霉属或丝状真菌中构建更高效的多基因表达系统开辟了新方向，在生命科学和健康医学领域具有重要的理论和实践意义，有望为相关产业发展带来新的突破。
