年4月21日，在第五届有机氮源会议上，上海交通大学白林泉教授作了题为《放线菌药物产生菌的氮代谢及其调控》的主题报告。报告中重点介绍了放线菌氮代谢中GlnR蛋白调控的硝酸盐效应。
白老师首先首先介绍了放线菌种类繁多，有复杂的形态分化和发育过程。其次级代谢产物结构多样，有大环内酯类，也有四环素类等，其具有多种生物活性，如抗细菌、抗真菌等。白老师以天蓝色链霉菌为例，讲述了放线菌在不同培养基中培养出现的分化现象，即固体培养可以积累大量的孢子；液体培养则可获得大量的菌丝体及代谢产物。几乎每种放线菌都存在多个基因合成基因簇，展现了丰富天然产物和特殊酶的编码能力。一部分基因编码调控蛋白与营养物质的利用及运输有关，是其非凡适应能力的基础。
深入的单基因敲除和生物量测定发现，与EMP、TCA等初级代谢相关的基因突变导致生物量显著下降和次级代谢产物的明显提升，存在生物量越低、产量越高的相关性。次级代谢产物的合成需要较高的碳氮比，较多的速效氮源，如无机氮、游离氨基酸等有利于菌体的生长反而不利于产物的合成。由于放线菌的氮代谢能力没有大肠杆菌那么强，所以使用酵母粉等迟效氮源能够跟菌体生长、产物合成一致，最终能提高产量。
在放线菌氮源的代谢过程中，白老师重点介绍了抗生素合成中的硝酸盐效应，即在林可霉素发酵过程中加入一定浓度的硝酸盐会使发酵产量有较大幅度的提高。硝酸盐的加入可以使林可链霉菌的整个氮代谢途径转录水平有明显提高，并且谷氨酸积累有大幅度提高，从而使林可霉素合成前体物质增加。通过对林可链霉菌与其他链霉菌的全基因组测序比较分析，发现霉素野生型产生菌NRRL中存在硝酸盐特异性的ABC转运蛋白，经验证其与林可霉素生物合成正相关；此外还发现与亚硝酸盐内运的转运蛋白NirC，将其导入天蓝色链霉菌M中可均使Act产量明显提高，另外，在抗肿瘤安丝菌素合成的不同时段添加支链氨基酸如缬氨酸能使AP-3产量增加一倍左右。
GlnR是硝酸盐效应乃至整个氮调控代谢中的关键调控蛋白，其负责调控放线菌中与氮代谢相关的绝大多数基因的转录。在硝酸盐存在的条件下，GlnR激活了与利福霉素前体供给相关的nasoperon和glnA的转录，同时抑制了ald基因的转录，从而促进氮代谢以及体内Gln(谷氨酰胺)的积累。对GlnR蛋白N端Receiver结构域的晶体结构进行了解析，发现其缺乏典型的磷酸化口袋，其表达受受磷、碳信号调控。
最后，白老师总结到，随着氮代谢调控蛋白GlnR的鉴定，我们对硝酸盐调控氮代谢相关基因转录的机理有了初步的认识。随着合成生物学的飞速发展，我们可以借助比较基因组分析、RNA-seq、蛋白质组学和代谢流分析等多种方法来进一步研究“硝酸盐效应”并进而认识地中海拟无枝酸菌乃至整个放线菌属的氮代谢调控机制。由于氮代谢与放线菌的次级代谢密切，对氮代谢的深入理解将能够帮助我们在工业上更好地进行次级代谢产物的生产。真正做到行业需求驱动-绿色高效制造。
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