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设为收藏近日，我室夏立秋教授课题组在advanced science（中科院1区， IF=14.1）在线发表了“Systematic Engineering of Proteases in Saccharopolyspora spinosa Reveals Synergistic Enhancement of Spinosad Biosynthesis via Substrate Flux Optimization” 首次将蛋白水解酶协同作用应用于刺糖多孢菌，揭示了蛋白水解酶活性与代谢通路效率之间的新型多尺度调控机制。
该研究通过ARTP诱变及高通量筛选获得了一株高滴度刺糖多孢菌D184菌株，其能够高效利用外源氮源。接着作者提出并验证了结合系统性蛋白水解酶基因操作、多组学分析和理性设计的组合工程框架，揭示了来自21个蛋白水解酶相关基因中8个高滴度蛋白水解酶靶基因的功能贡献。通过协同建模和验证协同三基因合理组合，最终在50 L发酵罐中实现了多杀菌素滴度的9.81倍提高，这一成果标志着多杀菌素滴度提升的重大进展。
该研究表明，蛋白水解酶通过促进胞外蛋白水解、前体生成、能量与还原力协调供给以及spn生物合成途径的激活，促进了多杀菌素的合成，并在闭环流量循环中提高了合成效率，同时通过CRISPRi抑制验证了其有效性。通过定向过表达cysK、ivd和thrC进一步将氨基酸供应与PKS需求对接，增强了前体的可用性。DIA定量蛋白质组学分析揭示了在中央碳代谢、氨基酸代谢和脂肪酸代谢中的协调上调与重分配。此外，该研究还揭示了多个蛋白水解酶模块之间的协同作用。通过利用膜蛋白稳态、ATP依赖性蛋白水解和氨基酸供应的跨模块协同，提炼出定量设计规则，以指导工程策略，从而将单一候选基因的相关性提升为因果模块之间的相互作用。
本论文的第一单位为湖南师范大学，博士研究生金多为该论文第一作者。朱梓榕博士、穰杰副教授及夏立秋教授为论文的共同通讯作者。该研究得到了国家自然科学基金和湖南省自然科学基金等项目的资助。