多粘类芽孢杆菌是国际公认的安全菌株（GRAS），属农业部免做安全鉴定的一级菌种，不仅能够分泌具有医用和农用价值的初级和次级代谢产物，而且可表达用于食品制造、造纸、生物燃料生产、废水处理、污染物降解等行业的工业酶，在医药、工农业、环境修复等领域应用广泛。近年来，利用多粘类芽孢杆菌开发微生物细胞工厂的研究被广泛关注。多粘类芽孢杆菌的遗传操作较困难，通过合成生物学手段深入挖掘多粘类芽孢杆菌资源存在较大的挑战。因此，研究多粘芽孢杆菌的遗传操作体系，逐步提高多粘芽孢杆菌的应用范围至关重要。浙江工业大学课题组近期在国际知名期刊Critical Reviews in Biotechnology发表了综述，该综述系统介绍了天然多粘类芽孢杆菌在生物医药、工业酶、生物修复及生物吸附产物、表面活性剂等产品开发中的应用。结合本课题组前期研究发现了限制修饰系统影响多粘类芽孢杆菌质粒转移及在此基础上开发的遗传操作工具，分析了开发多粘类芽孢杆菌细胞工厂的基因编辑工具研究及这些工具在生物医药和生物制造领域的应用现状。最后，展望了结合基因工程技术开发多粘类芽孢杆菌生物资源的研究前景和面临的挑战，为开发安全高效的新一代微生物底盘细胞提供参考。

多粘类芽孢杆菌中代表性抗菌肽合成基因簇及其功能示意图

浙江工业大学孙东昌教授课题组在前期构建多粘芽孢杆菌遗传操作体系的过程中发现，无Dam甲基化修饰的质粒可转化多粘类芽孢杆菌，无Dcm甲基化修饰的质粒无法转化多粘类芽孢杆菌。既无Dcm也无Dam甲基化修饰的质粒转化效率和无Dam甲基化修饰的质粒转化效率相当（Biochem Bioph Res Co，2018）。建立相应的表达体系便于在多粘类芽孢杆菌中表达功能基因，引用最新构建的遗传操作体系，成功构建出了多粘芽孢杆菌的表达体系，并使用芽孢调控因子Spo0A进行了验证（Biochem Bioph Res Co，2018）。前期对甲基化依赖的I型限制酶的作用机制进行了大量而深入的研究，发现PpoAI存在R、M、S亚基，PpoAI缺失突变体无法限制未甲基化的质粒pWBUC02。PpoAI缺失突变体在DNA修饰和限制性内切方面存在缺陷 (Front Microbil, 2021)。这些系列的研究为多粘芽孢杆菌的研究指明了方向，为进一步解析Ⅳ型限制性修饰系统提供了支撑，为后续在多粘类芽孢杆菌中开发细菌工厂奠定了基础。

我院青年教师原攀红为论文的第一作者，孙东昌教授为论文的通讯作者。该研究得到国家自然科学基金项目等的支持。

论文信息

Yuan P, Chen Z, Xu M, Cai W, Liu Z, Sun D. Microbial cell factories using Paenibacillus: status and perspectives. Crit Rev Biotechnol. (Published online)

论文链接

http://doi.org/10.1080/07388551.2023.2289342

作者介绍

原攀红，硕士生导师，江南大学生物工程学院发酵工程工学博士。主要从事微生物代谢工程和酶工程研究。主持国家自然科学基金青年项目等科研项目4项，在《ACS Synth Biol》、《Carbohyd Polym》、《Crit Rev Biotechnol》、《Enzyme Microb Technol》、《Appl Microbiol  Biotechnol》等期刊上发表科研论文数篇，授权发明专利7件。

孙东昌教授，博士生导师，美国微生物学会“Young Investigator”，法国图卢兹第三大学微生物学博士，加拿大英属哥伦比亚大学访问学者，浙江省高校中青年学科带头人，浙江省微生物学会青委会副主任委员，法国国家科研署（ANR）项目评审专家、波兰/中国自然科学基金评审专家、苏黎世联邦理工学院学科带头人专项通讯评审专家、教育部研究生学位论文评审专家。研究方向为CRISPR基因编辑与微生物制药，开展CRISPR调控基础与应用研究，开发产活性代谢产物的高版本微生物底盘细胞，主持国家自然科学基金3项，相关研究成果已发表在《Biotechnol Adv》、《ACS Synth Biol》、《Appl Env Microbiol》、《J Antimicrob Chemother》、《Crit Rev Biotechnol》等期刊。