利用响应面法构建链格孢高产紫杉烷生物合成工程化培养基：各因素单独效应与协同效应分析及细胞毒性验证

《Systems Microbiology and Biomanufacturing》：Engineering culture medium for high-yield taxane biosynthesis in Alternaria alternata using RSM: Insights into individual and synergistic effects and cytotoxic validation

　　

摘要

工程菌丝系有望增强高价值代谢物的生产，可作为目标化合物的有效生物工厂。然而，在Alternaria alternata中，紫杉烷生物合成的优化仍受限于对培养基需求、环境因素以及共同影响代谢途径的培养基组分间协同相互作用的认识不完整。本研究采用响应面法（RSM）评估了关键培养因素——pH（4.0–8.0）、蔗糖（10.0–50.0 g L?1）、(NH?)?HPO?（1.25–5.0 mmol L?1）以及果胶（0.7–2.1 mg mL?1，作为生物诱导剂）——对生物量生长速率和紫杉烷总产量的影响。在所评估的因素中，50.0 g L?1的蔗糖单独可使生物量和紫杉烷产量分别增加至多1.86倍和71.74 μg gFW?1。紫杉烷生物合成在酸性条件下（pH 4.0）达到最大化（1.9倍），而生物量积累在pH约6.0时达到峰值。值得注意的是，pH-蔗糖相互作用表现出最高的生物量产量，达到约9.1 g/烧瓶，而蔗糖-(NH?)?HPO?相互作用在紫杉烷含量方面表现出最强的统计协同效应，产量高达约210 μg gFW?1。期望函数确定的最优条件为pH 6.2，蔗糖50.0 g L?1，(NH?)?HPO? 3.75 mmol L?1，果胶约1.5 mg mL?1，总体期望值=1.0。重要的是，在高期望条件下获得的提取物显示出显著富集的紫杉烷谱以及针对MCF-7细胞的显著细胞毒活性。总体而言，这些发现为增强Alternaria alternata中紫杉烷生物合成提供了一种稳健且具有潜在可扩展性的发酵策略，并凸显了工程菌丝系在优化条件下作为高产生物工厂的潜力。