Erythromycine A is een polyketide antibioticum geproduceerd door de Gram-positieve bacterie Saccharopolyspora erythraea, en de lopende productie is stapsgewijs verbeterd ~ 10 g / L door decennia van traditionele mutagenese en screening protocollen en recenter door procesoptimalisatie's 1-6. Mutagenese en screening strategieën voor in natuurlijke antibiotica productontwikkeling als gevolg van moeilijkheden bij het kweken en / of genetisch manipuleren natieve productie gastheren en omdat beschikbaar antibiotische werking of verbeterde groei fenotypen aan selectie steun. In het geval van erythromycine A, S. erythraea wordt begrensd door een langzame groei profiel en het ontbreken van meer directe genetische manipulatietechnieken (vergeleken met organismen zoals E. coli), dus belemmert snelle verbetering van de productie en de biosynthese van nieuwe derivaten. Na opname van de productie problemen en ontgrendeld diversificatiop mogelijkheden verbindingen zoals erythromycine A, onderzoekers begon het idee van heterologe biosynthese (figuur 1) 7 oefenen. Deze inspanningen samen met de beschikbare sequentie-informatie voor de erythromycine A gencluster 8-11. Benadrukt moet worden dat het aantal van opeenvolgende complexe natuurlijke product genclusters sterk is 12 tot 16 uitgebreid, die de aanzet tot verdere inspanningen in heterologe biosynthese om gecodeerde therapeutische kracht te openen. Hiertoe heterologe gereconstitueerd de nieuwe gastheer de behoeften van de specifieke biosynthetische route. E. coli biedt technische gemak, een breed verspreid set van moleculair-biologische technieken, en metabole en procestechniek strategieën voor productontwikkeling. Maar vergeleken met natief productie gastheren, E. coli vertoont niet dezelfde mate van complexe natuurlijke product productie. Het was dan ook niet bekend of E. coli kan dienen als een haalbare optie voor heterologe complexe natuurlijke product biosynthese. Er werd aangenomen dat E. coli zou ideaal zijn als gastheerorganisme heterologe biosynthese kon worden.
Met dit doel voor ogen, de eerste pogingen begonnen de polyketide aglycon produceren 6-deoxyerythronolide B (6dEB) tot en met E. coli. Echter, inheemse E. coli metabolisme konden geen aanzienlijke niveaus van propionyl-CoA en (2S)-methylmalonyl-CoA precursors nodig 6dEB biosynthese ondersteunen noch kon de nieuwe gastheer posttranslationeel wijzigen deoxyerythronolide B synthase (DEBS) enzymen. Om deze problemen te verhelpen werd een metabolische route uit natieve en heterologe enzymen ingebouwd in E. coli zodanig dat exogeen gevoed propionaat intracellulair omgezet tot propionyl-CoA en (2S)-methylmalonyl-CoA, tijdens de engineering Dit pad voltooien werd een sfp gen geplaatst in the chromosoom van E. coli BL21 (DE3) een nieuwe stam te produceren BAP1 genoemd. Het enzym is een Sfp phosphopantetheinyl transferase kan bevestigen van de 4'-cofactor phosphopantetheine de DEBS enzymen 17,18. De drie DEBS-genen (elk ~ 10 kb) werden daarna afzonderlijk op twee selecteerbare expressievectoren die induceerbare T7 promoters. Na een correctiesleutel na inductie van temperatuur (22 ° C) werden de DEBS-genen die binnen gecoördineerd BAP1 in een actieve toestand kunnen genereren 6dEB 19.
Het streven naar volledige erytromycine A biosynthese begon toen met een analoog gencluster van Micromonospora megalomicea of een hybride pad bestaat uit genen van S. erythraea, S. fradiae, en S. venezuelae die de tussenproducten erythromycine C en 6-D deoxyerythromycin respectievelijk 20-22 geproduceerd. Onlangs heeft onze groep uitgebreid deze inspanningen door het produceren van erythromycin A (de meest klinisch relevante vorm van erythromycine) tot en met E. coli. In tegenstelling tot eerder werk, onze strategie gecoördineerd sprak de 20 originele S. erythraea genen die nodig zijn voor polyketide biosynthese, deoxysugar biosynthese en gehechtheid, extra tailoring, en zelf-weerstand (figuur 2). In totaal werden 26 (autochtone en heterologe) genen ontworpen om E. coli tegen erytromycine A produceren bij 4 mg / L 23,24. Dit resultaat vastgesteld volledige productie van een complex polyketide natuurlijk product met E. coli en dient als basis om gebruik te maken van deze nieuwe productie-optie of de uitoefening van nieuwe.