揭示麦角菌类植物甾醇侧链降解过程中β-氧化循环中的共有酶及次要途径

《Microbial Cell Factories》：Uncovering shared enzymes and secondary routes across β-oxidation cycles in Mycolicibacterial phytosterol side-chain degradation

　　

摘要

麦角菌属菌株是將植物甾醇轉化为活性藥物中間體的最有效生物工廠之一。雖然其主要代謝途徑與脂肪酸β-氧化相似，但相關特定酶及其精確功能仍不甚明確。在本研究中，我們在能夠產生4-AD的工業用菌株——Mycolicibacterium neoaurum HGMS9菌株（即M. neoaurum B-3805的變種）上進行了全面的基因敲除分析。研究結果表明，負責植物甾醇側鏈降解的三個β-氧化週期共享一系列核心酶。具體而言，包括酰基-CoA脫氫酶ChsE1/E2、ChsE4/E5、水合酶ChsH1/H2以及醛醇酶Ltp2在內的七種酶，同時參與第二和第三個β-氧化週期，從而生成最終產物4-AD。更重要的是，我們發現了五條可能的次級代謝途徑，這些途徑會引導代謝過程產生八種非主要路線的C22、C23和C24類中間體。這些化合物是合成膽固醇類和膽酸等複雜類固醇的寶貴前體。本研究不僅闡明了植物甾醇側鏈降解的酶促步驟，還為培育高產量的麦角菌属菌株提供了代謝藍圖。

麦角菌属菌株是將植物甾醇轉化为活性藥物中間體的最有效生物工廠之一。雖然其主要代謝途徑與脂肪酸β-氧化相似，但相關特定酶及其精確功能仍不甚明確。在本研究中，我們在能夠產生4-AD的工業用菌株——Mycolicibacterium neoaurum HGMS9菌株（即M. neoaurum B-3805的變種）上進行了全面的基因敲除分析。研究結果表明，負責植物甾醇側鏈降解的三個β-氧化週期共享一系列核心酶。具体而言，包括酰基-CoA脫氫酶ChsE1/E2、ChsE4/E5、水合酶ChsH1/H2以及醛醇酶Ltp2在內的七種酶，同時參與第二和第三個β-氧化週期，從而生成最終產物4-AD。更重要的是，我們發現了五條可能的次級代謝途徑，這些途徑會引導代謝過程產生八種非主要路線的C22、C23和C24類中間體。這些化合物是合成膽固醇類和膽酸等複雜類固醇的寶貴前體。本研究不僅闡明了植物甾醇側鏈降解的酶促步驟，還為培育高產量的麦角菌属菌株提供了代謝藍圖。