Engineeringof Pencillium chrysogenum for enhanced ß-lactam biosynthesis

De ontdekking van penicilline door Alexander Fleming heeft een grote invloed gehad op onze samenleving en de kwaliteit van leven. Tegenwoordig is ook bekend welke genen en de daaraan gekoppelde enzymen verantwoordelijk zijn voor de productie van penicilline in de filamenteuze schimmel Penicillium chrysogenum. Drie van de vier genen die betrokken zijn bij de productie van penicilline liggen bij elkaar in een zogenaamd gencluster (biosynthetisch gencluster). Deze 3 genen zijn: pcbAB dat codeert voor het enzym δ-(L-α-aminoadipyl)-L-cysteinyl-D-valine synthetase (ACVS), pcbC coderend voor isopenicillin N synthase (IPNS) en penDE dat codeert voor isopenicillin N acyltransferase (IAT). Daarnaast is er nog een vierde enzym of klasse van enzymen betrokken bij de productie van penicilline. Deze enzymen zijn CoA ligases die verantwoordelijk zijn voor de Coenzym A activatie van zijketen die gebruikt wordt tijdens het productieproces van penicilline. De genen coderende voor deze enzymen liggen niet geclusterd in tegenstelling tot de andere 3 enzymen betrokken bij de productie van penicilline, maar bevinden zich elders in het DNA van P. chrysogenum. Bijvoorbeeld het enzym phenylacetic acid CoA ligase (PCL) gecodeerd door phl is een enzym dat fenylazijnzuur activeert en betrokken is bij de productie van penicilline G. De moderne industriële productie van β-lactam antibiotica is hoofdzakelijk gebaseerd op P. chrysogenum productiestammen die verkregen zijn middels meerdere rondes van klassieke stamverbetering. Dit klassieke stamverbeteringsproces is hoofdzakelijk uitgevoerd door middel van UV behandelingen en behandeling met toxische/mutagene stoffen, waarna er hoofdzakelijk geselecteerd werd op verbeterde penicilline productie onder relevante productieomstandigheden. Analyse van deze verbeterde productiestammen heeft geleid tot de ontdekking van verschillende belangrijke mutaties. Hiervan heeft de vermeerdering van het aantal kopieën van de biosynthetische gencluster de meeste invloed gehad