Single-step fermentative production of the cholesterol-lowering drug pravastatin via reprogramming of Penicillium chrysogenum

普伐他汀 羟基化 产黄青霉 化学 生物化学 生物 胆固醇
作者
Kirsty J. McLean,Marcus Hans,Ben Meijrink,Wibo B. van Scheppingen,Aad Vollebregt,Kang Lan Tee,Jan-Metske van der Laan,David Leys,Andrew W. Munro,M. A. Berg
出处
期刊:Proceedings of the National Academy of Sciences of the United States of America [Proceedings of the National Academy of Sciences]
卷期号:112 (9): 2847-2852 被引量:126
标识
DOI:10.1073/pnas.1419028112
摘要

The cholesterol-lowering blockbuster drug pravastatin can be produced by stereoselective hydroxylation of the natural product compactin. We report here the metabolic reprogramming of the antibiotics producer Penicillium chrysogenum toward an industrial pravastatin production process. Following the successful introduction of the compactin pathway into the β-lactam-negative P. chrysogenum DS50662, a new cytochrome P450 (P450 or CYP) from Amycolatopsis orientalis (CYP105AS1) was isolated to catalyze the final compactin hydroxylation step. Structural and biochemical characterization of the WT CYP105AS1 reveals that this CYP is an efficient compactin hydroxylase, but that predominant compactin binding modes lead mainly to the ineffective epimer 6-epi-pravastatin. To avoid costly fractionation of the epimer, the enzyme was evolved to invert stereoselectivity, producing the pharmacologically active pravastatin form. Crystal structures of the optimized mutant P450(Prava) bound to compactin demonstrate how the selected combination of mutations enhance compactin binding and enable positioning of the substrate for stereo-specific oxidation. Expression of P450(Prava) fused to a redox partner in compactin-producing P. chrysogenum yielded more than 6 g/L pravastatin at a pilot production scale, providing an effective new route to industrial scale production of an important drug.

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