[发明专利]提高阿维菌素和/或伊维菌素产量的方法及生产菌株

说明书

技术领域

本发明涉及提高阿维菌素和/或伊维菌素产量的方法，具体地说， 涉及提高阿维菌素和/或伊维菌素产量的基因工程方法。

背景技术

阿维菌素(avermectins)是由阿维链霉菌(Streptomyces avermitilis) 发酵时产生的一组高效杀虫的十六元环大环内酯类抗生素，它的天然 产物共有八个组分(A1a，A1b，A2a，A2b，B1a，B1b，B2a，B2b)，其中 B1组分的杀虫活性最强，几乎抗所有与农业有关的线虫和节肢动物， 被广泛应用于农业生产上。伊维菌素(ivermectin)是以阿维菌素B1 为原料在C22-C23位加氢还原而成，与阿维菌素B1具有相同的杀虫活 性，但毒性比阿维菌素低2-3倍，更适用于动物体内外寄生虫的防治， 是一类广谱有效的新型抗寄生虫抗生素。阿维菌素和伊维菌素具有独 特的作用机制，不易使害虫产生抗性，且易降解、无残留，对作物、 牲畜、人类和环境高度安全，被我国农业部推荐为无公害农药，具有 非常广阔的市场前景和应用价值。阿维菌素和伊维菌素已在国内实现 了产业化，取得了巨大的经济和社会效益。但我国阿维菌素的生产菌 株还存在着发酵单位低，生产成本高等问题。伊维菌素的生产还是以 化学还原法为主，先从阿维链霉菌发酵液中分离提取阿维菌素B1组 分，再利用价格昂贵的氯化铑作为催化剂将其还原为伊维菌素，存在 生产成本高，重金属污染严重等问题，限制了伊维菌素的进一步推广 和应用。通过利用组合生物合成手段对阿维菌素聚酮合酶基因簇进行 改造，获得了直接发酵产生伊维菌素的工程菌株，但所得伊维菌素产 量很低，离工业化生产还有很大距离。如何提高阿维菌素和伊维菌素 的产量，降低生产成本，是一个很重要的课题。因此，通过基因工程 手段改造阿维链霉菌以提高阿维菌素和伊维菌素的产量，具有重要的 意义和应用价值。

根据文献报道的麦芽糖转运系统基因的功能推测，在阿维链霉菌 中，麦芽糖、麦芽糊精等物质的吸收与利用都是通过麦芽糖转运系统 (maltose transporter)完成的。负责跨膜运输麦芽糖的麦芽糖转运系 统属于ABC家族的转运器，是一种依赖于ATP的跨膜转运系统，由ATP 或核苷酸结合结构域和跨膜结构域构成，跨膜结构域为物质的运输提 供通道，ATP结合结构域与细胞质相互作用为物质运输提供能量。麦 芽糖系统负责有效地分解和利用α-(1-4)糖苷键的葡萄糖聚合物(如 麦芽三糖)，可多至7-8个葡萄糖单元。阿维菌素发酵条件优化的研究 表明，淀粉是阿维菌素发酵培养基的最佳碳源，而且工业生产中阿维 菌素的发酵培养基也主要以淀粉类物质为碳源。淀粉在发酵过程中， 先是在淀粉酶的作用下水解，然后主要将麦芽糖运输到细胞内进行代 谢。菌体对这些物质的利用和吸收直接影响了抗生素的发酵产量和发 酵周期。

由于菌体对淀粉和麦芽糖的利用都是通过麦芽糖转运系统完成 的，本发明尝试在阿维链霉菌野生型菌株及其工程菌中过量表达麦芽 糖转运系统基因来提高麦芽糖的利用效率，以提高阿维菌素和伊维菌 素的产量。

发明内容

本发明的主要目的是提供一种提高阿维菌素和/或伊维菌素产量 的方法。

本发明的另一目的是提供高产阿维菌素和/或伊维菌素的基因工 程菌。

本发明的目的及解决其技术问题是采用以下技术方案来实现的。 本发明通过在阿维链霉菌野生型菌株及其工程菌中过量表达麦芽糖 转运蛋白MalEFG来提高麦芽糖的利用效率，结果表明，过表达 MalEFG能够提高阿维菌素和/或伊维菌素的表达量。

从而，本发明首先提供malEFG基因在提高菌种的阿维菌素和/或 伊维菌素表达量中的应用。

前述的应用，即通过在菌种中过表达麦芽糖转运蛋白MalEFG， 以提高阿维菌素和/或伊维菌素表达量。这种菌种可以是任何能够产 生阿维菌素和/或伊维菌素的链霉菌，例如阿维链霉菌野生菌，或者 经基因工程改造后能够产生阿维菌素和/或伊维菌素的菌种。

基于此，本发明提供一种过表达麦芽糖转运蛋白MalEFG的产阿 维菌素和/或伊维菌素的基因工程菌。如前所述，其出发菌可以是任 何能够产生阿维菌素和/或伊维菌素的链霉菌，例如阿维链霉菌野生 菌，或者经基因工程改造后能够产生阿维菌素和/或伊维菌素的菌种。