Development of platensimycin, platencin, and platensilin overproducers by biosynthetic pathway engineering and fermentation medium optimization

代谢工程 生物合成 二萜 发酵 链霉菌 生物化学 生物 合成生物学 重组DNA 工业微生物学 化学 计算生物学 细菌 遗传学 基因
作者
Lucas L Fluegel,Ming-Rong Deng,Ping Su,Edward Kalkreuter,Dong Yang,Jeffrey D. Rudolf,Liao-Bin Dong,Ben Shen
标识
DOI:10.1093/jimb/kuae003
摘要

Abstract The platensimycin (PTM), platencin (PTN), and platensilin (PTL) family of natural products continues to inspire the discovery of new chemistry, enzymology, and medicine. Engineered production of this emerging family of natural products however remains laborious due to the lack of practical systems to manipulate their biosynthesis in the native producing Streptomyces platensis species. Here we report solving this technology gap by implementing a CRISPR-Cas9 system in Streptomyces platensis CB00739 to develop an expedient method to manipulate the PTM, PTN, and PTL biosynthetic machinery in vivo. We showcase the utility of this technology by constructing designer recombinant strains S. platensis SB12051, SB12052, and SB12053, which, upon fermentation in the optimized PTM-MS medium, produced PTM, PTN, and PTL with the highest titers at 836 mg L−1, 791 mg L−1, and 40 mg L−1, respectively. Comparative analysis of these resultant recombinant strains also revealed distinct chemistries, catalyzed by PtmT1 and PtmT3, two diterpene synthases that Nature has evolved for PTM, PTN, and PTL biosynthesis. The ΔptmR1/ΔptmT1/ΔptmT3 triple mutant strain S. platensis SB12054 could be envisaged as a platform strain to engineer diterpenoid biosynthesis by introducing varying ent-copalyl diphosphate-acting diterpene synthases, taking advantage of its clean metabolite background, ability to support diterpene biosynthesis in high titers, and the promiscuous tailoring biosynthetic machinery.

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