Genomas secuenciados
Saccharopolyspora erythraea, anteriormente conocido como Streptomyces erythraeus,1 es una especie de bacteria del orden Actinomycetes, dentro del géneroSaccharopolyspora.
Saccharopolyspora erythraea es conocido por la producción del antibiótico macrólidoeritromicina. El Citocromo P450 eryF (CYP107A1) original de la bacteria es el responsable de la biosintesis del antibiótico por la hidroxilación de C6 del macrólido 6-deoxieritronolida B.
El genoma secuenciado de la Saccharopolyspora erythraea comprende 8.212.805 pares de bases, las cuales codifican 7264 genes. El genoma es circular, como el de losActinomycetales patógenos Mycobacterium tuberculosis y Corynebacterium diphtheriae, a diferencia de los cromosomas lineales del Streptomyces coelicolor A3 y el estrechamente relacionado Streptomyces avermitilis. El genoma del S. erythraea contiene al menos 25 grupos de genes para la producción de metabolitos secundarios conocidos o predichos para conferir resistencia a un rango de antibióticos comunes y muchas series de genes duplicados para soportar su estilo de vida saprofito. La disponibilidad de la secuencia genómica del S. erythraea proveera mejor entendimiento de su biología y facilitara el desarrollo racional de cepas que mejoren la producción de antibioticos de importancia clínica.
Secuencia completa del genoma de la bacteria productora de eritromicina Saccharopolyspora erythraea NRRL23338
Markiyan Oliynyk 1 , 2 , 3 , Markiyan Samborskyy 1 , 3 , John Lester B 1 , Tatiana Mironenko 1 , Nataliya de Scott 1 , Shilo Dickens 1 , Stephen F Haydock 1 & Peter F Leadlay 1
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Resumen
Saccharopolyspora erythraea se utiliza para la producción a escala industrial de la antibiótico eritromicina A, derivados de los cuales juegan un papel vital en la medicina. El cromosoma secuenciado de esta bacteria del suelo comprende 8.212.805 pares de bases, predicho para codificar 7264 genes. Es circular, como los de la patógena actinomicetos Mycobacterium tuberculosis y Corynebacterium diphtheriae , pero a diferencia de los cromosomas lineales del modelo de actinomicetos Streptomyces coelicolor A3 (2) y los estrechamente relacionados Streptomyces avermitilis . El S. erythraea genoma contiene al menos 25 grupos de genes para la producción de metabolitos secundarios conocidos o previstos, al menos 72 genes predichos para conferir resistencia a una amplia gama de clases de antibióticos comunes y muchos conjuntos de genes duplicados para apoyar su estilo de vida saprofitas. La disponibilidad de la secuencia del genoma de S. erythraea mejorará idea de su biología y facilitar el desarrollo racional de cepas para generar productores alto título de antibióticos clínicamente importantes.
Introducción
S. erythraea (Waksman 1923) Labeda 1987, peine. . nov 1 es una bacteria filamentosa Gram-positiva originalmente identificada como Streptomyces erythraeus pero más tarde asignado al género Saccharopolyspora . A pesar de esta reclasificación, se ha considerado como muy cerca en su biología a streptomycetes auténticos tales como S. avermitilis y el organismo modelo S. coelicolor A3 (2), de la cual se han publicado los genomas lineales completos 2, 3 . S. erythraea produce la eritromicina A, un importante antibiótico de amplio espectro contra Gram-positivas bacterias patógenas 4 . La importancia comercial de la eritromicina ha fomentado la investigación intensiva en su biosíntesis, y la ingeniería genética de las rutas implicadas promesas para mejorar la producción de potencialmente valiosos análogos de metabolitos secundarios de poliquétidos 5 . Esto ha reavivado los esfuerzos para aumentar la productividad de la cepa. Históricamente, las cepas de actinomicetos de tipo salvaje han sido sometidos a múltiples rondas de mutagénesis aleatoria y selección para obtener mutantes superproductoras para la producción industrial de un metabolito secundario deseado. Sin embargo, la información del genoma a gran escala podría permitir tales cepas de actinomicetos para ser optimizado para la producción más rápidamente. Se presenta la secuencia completa de laS. erythraea genoma y compararlo con otra actinobacteria cuyos genomas han sido secuenciados. La cepa utilizada, NRRL23338, es la forma original 6 de la cepa tipo de S.erythraca NRRL2338, que ahora aparece como blanco NRRL23338.
arriba
Resultados
Secuenciación y anotación de genes de la S. erythraea genoma
Las principales características de la secuencia de cromosoma se muestran en la Tabla 1 yla Figura 1 . En 8,212,805 pb, que es comparable en tamaño a los genomas lineales de S.coelicolor M145 (8,7 Mbps) y S. avermitilis MA-4680 (9,0 Mbps). Sin embargo, el S.erythraea genoma es aparentemente circular en lugar de lineal, una topología que comparte con otros actinobacteria tales como M. tuberculosis 7 , C. diphtheriae 8 ,Nocardia farcinica 9 y Frankia spp 10 . El S. erythraea cromosoma contiene 7198 predijo secuencias codificantes de proteínas (CDS), cuyas características en general se dan en la Tabla 1 . Para 4777 (66,4%) de ellas, una función putativa podría atribuirse a las proteínas codificadas ( cuadro complementario 1 línea). Del resto, 829 (11,5%) mostraron similitud con proteínas hipotéticas en otros genomas, y 1.592 (22,1%) no tenían similitud sustancial a las proteínas predichas en bases de datos públicas. El codón de iniciación de la dnaA gen, adyacente a la origen de replicación oriC , fue elegido como el punto de partida para la numeración de la CDS 11 . El contenido promedio de GC de laS. erythraea cromosoma es 71,1%, el sesgo GC siendo notablemente inferior cerca oriC .Hay un sesgo de codificación definida en favor de la cadena líder (59,1%), y una inversión de GC skew pronunciado se puede ver en oriC y también en el lado opuesto del cromosoma a oriC , donde presumiblemente termina de replicación ( Fig. 1 ). Una región del cromosoma (total de 4,4 Mbp) que se extiende a ambos lados de oriC ( Fig. 1 ) parece contener la mayoría (85%) de los genes predichos a ser esencial. Los extremos de esta región son señalados por extensas regiones marcadamente menor contenido de GC ( Fig. 1 ). En esta región de núcleo (una característica importante también de los genomas lineales de ambos S. avermitilis 2 y S. coelicolor 3 ), el orden de los genes muestra conservación sustancial residual cuando se utilizan otros actinobacteria para la comparación, a pesar de numerosas inversiones se han producido alrededor de oriC ( Fig . 2 ). En las regiones fuera del núcleo, donde el cromosoma aparentemente ha sido objeto de gran expansión, S. erythraea tiene muchas más orthologs con N. farcinica o S.coelicolor que con M. la tuberculosis , como se esperaba, pero los ortólogos (recíprocas pares best-hit en BLASTP pares busca E <10e nbsp="" sup="">-10
Figura 1: Representación esquemática de la S. erythraea cromosoma.
La escala exterior está numerada en megabases del origen de replicación ( ori ) e indica el núcleo (azul) y no esenciales (amarillo) regiones cromosómicas. Círculos 1 y 2 (desde el exterior), todos los genes (el revés y el capítulo hacia adelante, respectivamente) un código de colores según su función (negro, el metabolismo energético;, la transferencia de información de color rojo y el metabolismo secundario, de color verde oscuro, superficie asociada; cian, la degradación de moléculas grandes, magenta, la degradación de moléculas pequeñas, amarillas, centrales o de metabolismo intermediario, azul pálido, reguladores, naranja, conserva hipotético; marrón, pseudogenes; verde pálido, desconocido, gris, diverso); círculo 3, seleccionado genes esenciales (para la división celular, la replicación del ADN, la transcripción, la traducción y la biosíntesis de aminoácidos, como la codificación de color para los círculos 1 y 2); círculo 4, seleccionado genes metabólicos secundarios (tres grupos más grandes PKS etiquetados ERY, PKE y PKS3); círculo 5, elementos móviles genéticos (azul, rojo, transposases; profagos / plásmidos integrados); círculo de 6, contenido de GC; círculo 7, sesgo GC ((G - C / G + C), de color caqui indica valores> 1, los valores de color púrpura <1 p="">Imagen a tamaño completo (91 KB )
Figura 2: Total comparaciones del genoma de S. erythraea .
( un ) M. tuberculosis . ( b ) N. farcinica . ( c ) S.coelicolor . Para cada genoma, DnaA se encuentra en la posición 0. Los puntos representan una mejor correspondencia recíproca (por comparación BLAST 49 ) entre ortólogos (partidos en la misma cadena en rojo y en la vertiente opuesta en azul).
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La topología de la cromosoma
El genoma de S. erythraea NRRL2338 ha sido previamente informado para ser lineal, como se juzga por mapeo de restricción 15 , pero esos datos también son consistentes con un genoma circular si es muy pequeño (y pasa por alto fácilmente) fragmentos de los termini putativo predijo se tienen en cuenta ( Fig complementario. 1 línea). No se encontró evidencia, desde nuestro análisis de la secuencia, la presencia de terminales invertido repetir secuencias, genes que codifican proteínas-termini asociada o cualquier otra característica de los genomas previamente descritos estreptomiceto lineales 16, 17,18 . A diferencia de S. coelicolor y S. avermitilis , S. erythraea también tiene genes se asemejan tanto XerC (SACE_2322, SACE_6041) y XerD (SACE_2295, SACE_3643, SACE_5095, SACE_5242), que en conjunto comprenden un sistema de recombinación específica de sitio para la resolución de los cromosomas circulares dímeros. Evitamos extensa manipulación o aprobación de la S. erythraea cepa NRRL23338 de la Culture Collection NRRL. Este es el "blanco", forma menos pigmentada anteriormente descrito 6 , que produjo mucho más eritromicina que la forma "rojo" aparece como NRRL2338 rojo.La circularidad del genoma, por tanto, parece ser una característica de la cepa tipo.Hemos llevado a cabo recientemente extensa secuenciación escopeta de ADN de un aislado diferente de NRRL2338, y de nuevo no encontró ninguna evidencia de linealidad (datos no mostrados). Sigue siendo posible que otros linajes de S. erythraea se puede encontrar a ser lineal, y que el genoma circular hemos secuenciado ha surgido recientemente. Una posibilidad alternativa es que la diferencia en la topología es antigua, y refleja la separación taxonómica de S. erythraea de los estreptomicetos. Se ha sugerido que los genomas lineales inusuales de estreptomicetos pueden haber surgido a través de la integración de un plásmido lineal en un cromosoma circular 19, 20 .
Comparaciones de genes con S. coelicolor y S. avermitilis
Se utilizó para demostrar que 3.589 (50%) del grupo de los CDS predijo en multigene familias, que puedan haber surgido por gen, el programa Basic Local Alignment Search Tool agrupamiento de proteínas (cobertura mínima del 70% de la longitud, mínimo 30% identidad BLASTCLUST) duplicación durante la evolución. La distribución y el número de genes en estas familias presumiblemente contribuyen a la supervivencia de S. erythraeaen el entorno altamente competitivo, altamente cambiante del suelo ( que complementa el cuadro 1 ). Hay una rica variedad de genes potencialmente implicados en las respuestas de defensa o de estrés de varios tipos. Curiosamente, en vista de la evidencia de posible adquisición de genes por transferencia horizontal de genes, S. erythraea tiene 20 endonucleasas de restricción y ocho methyltransferases específicas del sitio. Aunque no es posible especificar sus secuencias de reconocimiento, juntos se podría haber esperado estas enzimas de restricción para proporcionar una barrera formidable al ADN entrante. También están presentes los genes vinculados pglY (SACE_5129) y pglZ(SACE_5128), que median la inmunidad a la infección por el bacteriófago φ C31. Además de los genes de reparación de recombinación recA (SACE_1736) y recB (SACE_0087, SACE_1056, SACE_2242, SACE_6256), también hay recF (SACE_0005) y una endonucleasa de reparación GT-desajuste (SACE_1556) con ningún homólogo en S.avermitilis o S. coelicolor . Un total de 30 genes tienen productos probabilidades de estar involucrados en asegurar o preservar el plegamiento de proteínas correcta, incluyendo dos copias de cada uno de los tres proteínas chaperonas groEL (SACE_0527, SACE_0543),groES (SACE_0927, SACE_7319) y dnaJ (SACE_1480, SACE_7208). También probabilidades de estar involucrados en la respuesta al estrés de S. erythraea son 22 genes relacionados con la USPA ('proteína de estrés universal "de Escherichia coli ) y los genes que codifican las proteínas de choque numerosos frío. Un total de 1.118 genes (15,5%) están implicados en la regulación. Como en S. avermitilis y S. coelicolor , un número inusualmente grande de estos (38) codifican factores sigma alternativos para la ARN polimerasa, lo que permite la transcripción programada de conjuntos particulares de genes. Una gran cantidad de genes que codifican otros factores de transcripción están presentes, incluyendo 101 TetR similar, 34 GntR similar y 48 LysR-como regulador proteínas ( cuadro complementario 2 en línea). La respuesta a las cambiantes condiciones ambientales y la disponibilidad de nutrientes está mediada por al menos 42 quinasas de sensores, y 113 reguladores de respuesta de dos componentes. Hay 40 genes que codifican las proteínas quinasas serina / treonina y numerosas y diversas proteínas fosfatasas eucariota similar. Un total de 658 genes (8,9%) parecen estar implicados en el transporte dentro o fuera de la célula, que codifica un gran número de proteínas que actúan como permeasas, transportadores de iones o de unión de azúcar, o bombas accionadas transmembrana-ATP. Una amplia gama de enzimas degradativas, incluyendo siete quitinasas y glucanasas múltiples proteinasas y, se prevé que se secreta de la célula, y, presumiblemente, éstas juegan un papel clave en la descomposición de las fuentes de alimento alternativas heterogéneos en el suelo. Hay versiones de cobalamina dependiente de la sintasa de metionina (SACE_3898) y la ribonucleótido reductasa (SACE_1764), así como las enzimas de cobalamina-independiente que catalizan las mismas reacciones (SACE_4744 y SACE_1282, SACE_1283, respectivamente). Aunque S.erythraea se considera un aerobio obligado, encontramos dos grupos completos de genes para la nitrato reductasa, lo que indica que receptores de electrones alternativos podrían estar disponibles en condiciones donde los niveles de oxígeno son bajos. La desintoxicación es una función clave para las bacterias del suelo, y S. erythraea como los estreptomicetos previamente secuenciados tiene numerosos genes para transportadores que median resistencia a diversos metales pesados, así como una cohorte sustancial (36) de las enzimas del citocromo P450. Algunos de estos han conocido papeles en pasos de hidroxilación específicas durante la biosíntesis de la eritromicina y otros metabolitos secundarios 21, 22, 23 , pero otros son predicho para jugar un papel en la oxidación selectiva y la desintoxicación de materiales orgánicos.
Los genes para resistencia a los antibióticos
El genoma de S. erythraea ayuda a explicar la resistencia intrínseca de la bacteria a una amplia gama de antibióticos, ya que codifica numerosas enzimas predichos para inactivar clases de antibióticos comunes. Hay 17 genes presentes β-lactamasas y dos esterasas macrólidos. Una de estas esterasas (SACE_0712) se encuentra dentro de la agrupación de genes biosintéticos previamente secuenciado para la eritromicina y se inactiva por inserción del transposón, pero el segundo (SACE_1765) se alinea bien con esterasas eritromicina auténticos de bacterias resistentes a la eritromicina. Se puede tener un papel que hasta ahora se pasa por alto en la regulación de la biosíntesis de eritromicina.Los genes están presentes para las proteínas de eflujo de cloranfenicol (SACE_0228), daunorubicina (SACE_0206, SACE_0207), lincomicina, alcanfor (SACE_7237, SACE_7239), fosmidmycin (SACE_3971), bicyclomycin (SACE_2577, SACE_3939, SACE_6077, SACE_7323), tetraciclina (SACE_1156, SACE_4211) , vancomicina y glicopéptidos relacionados (SACE_7320, SACE_2593, SACE_2926), así como genes para fosfotransferasa estreptomicina (SACE_5997 fosfotransferasa), espectinomicina (SACE_4273), aminoglicósido 3'-N-acetiltransferasa (SACE_3603, SACE_3604), una fosfotransferasa aminonucleósido (SACE_1856) y dos glicosiltransferasas macrólidos putativo (SACE_1884, SACE_3599). Al menos 21 CDS parecen codificar dioxigenasas relacionados con la proteína bleomicina-resistencia, y, además de la conocida ermE gen rRNA metiltransferasa (SACE_0733), 11 más methyltransferases rRNA de ribosomas modificar parecen estar presentes. En S. avermitilis , una segunda versión de triptofanil-tRNA sintetasa 2 puede ser resistente a la indolmycin antibiótico, que se dirige a la versión habitual de esta enzima. Se necesitan experimentos para determinar si en S.erythraea las instancias de genes sintetasa aminoacil-ARNt duplicados (tres para cisteína, dos de cada uno de lisina, treonina y triptófano) tienen tal importancia.
Potencial para la producción de metabolitos secundarios
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S. erythraea es mejor conocido como el organismo utiliza para la producción a escala industrial de los macrólidos eritromicina polyketide A. Los grupos de genes de eritromicina ( ery ) 121 , y para una segunda sintasa de policétido modular (PKS) de función desconocida ( PKE ) 22 , han sido analizadas anteriormente, al igual que el gen (SACE_1243, RPPA ) para un tipo de PKS III, que genera el pigmento rojizo típico de S.erythraea 23 . La secuenciación genómica ha revelado otros 22 grupos para la biosíntesis de policétidos, terpenos y péptidos sintetizados nonribosomally. La distribución de estos grupos no es uniforme en todo el cromosoma: sólo cuatro (incluida la de la eritromicina) se encuentran en la región de "núcleo" que contiene la mayoría de los genes esenciales (Fig. 1 , y uno de estos cuatro grupos () nrps1 ) es inactivado por mutaciones frameshift.Veintiuno de los clusters son, fuera de esta región. De los grupos no caracterizados de genes PKS ( Fig. 3 y el cuadro complementario 3 en línea), un clúster ( PFA ) aparece para gobernar la biosíntesis de ácidos grasos poliinsaturados tales como el ácido eicosapentaenoico. La mayoría de los otros son modulares, y entre ellos se espera que generen policétidos específicos en el rango de 2-9 unidades polyketide largos (para detalles de los dominios predichos, véase el cuadro complementario 4 en línea). Dos (SACE_5308, pks7 y SACE_5532, pks8 ) sería codificar enzimas PKS de un solo módulo multifuncionales parecer relacionados con las sintasas de policétidos iterativos que intervienen en la síntesis de ácidos o enediyne metilsalicílico. Ninguno de los productos hipotéticos de cualquiera de estos PKSs o del PKE PKS, han sido previamente detectados, aunque extensas búsquedas se realizaron con 50 medios sólidos y líquidos diferentes 22 .Sorprendentemente, no hay tipo II genes de PKS que codifican la biosíntesis de poliquétidos aromáticos, que son un componente de tal característica de la biosíntesis de producto natural en estreptomicetos típicos tales como S. coelicolor y S. avermitilis , donde se gobiernan de forma rutinaria la síntesis de antibióticos y pigmentos de esporas.Su ausencia en S. erythraea tanto, es sorprendente. El S. erythraea genoma también alberga una serie de grupos de genes que codifican péptido sintetasas no ribosomal (NRPS) ( Fig. 4 y complementario Cuadro 3 ). Estos sistemas multienzimáticos modulares se han generalizado tanto en las bacterias y los hongos y sus productos incluyen (a menudo cíclicos) péptidos antibióticos, inmunosupresores como la ciclosporina, penicilinas y compuestos de hierro de barrido (sideróforos). Aunque el hierro es un elemento abundante en el suelo, debido a su escasa biodisponibilidad, particularmente un gran número de genes en bacterias del suelo parecen codificar proteínas implicadas en la adquisición y la absorción de hierro. Muchos estreptomicetos sintetizan sideróforos hidroxamato no peptídicos, tales como desferrioxamina E, sintetizados a partir de lisina y ornitina, pero los genes requeridos para esta vía 24 no están presentes en S. erythraea .La comparación de las secuencias de NRPS con los de auténtica NRPSs permite el complemento enzimático probable de cada multienzimático para deducir y deducciones provisionales que se puede sacar en cuanto a la estructura probable del producto peptídico ( cuadro complementario 5 en línea). Nuestras predicciones se basan en un "código especificidad" basado en la estructura 25 , que, junto con refinamientos posteriores 26, 27 , proporciona pistas útiles a la naturaleza del aminoácido introducido en cada etapa. Esto sin duda será útil para orientar la minería genoma de los productos naturales de los PNR genes de S. erythraea , pero es importante hacer hincapié en que ahora hay múltiples ejemplos en los que los compuestos aislados son diferentes de aquellos predichos por tales métodos (ver, por ejemplo, la reciente corrección sustancial de la estructura de la coelichelin sideróforo de S. coelicolor 28 ). De la S. erythraea NRPS que contienen grupos de genes, nrps3 (SACE_2691-2703) y nrps5 (SACE_3028-3039) puede gobernar la producción de sideróforos, ya que ambos contienen varios genes cuyos productos proteicos predicho son similares a las proteínas esenciales para el reconocimiento y el transporte de hierro siderophore. S. erythraea produce al menos un sideróforo hidroxamato 29 . Curiosamente, S. erythraea tiene un conjunto completo de genes que se asemejan MXC genes del mixobacteria Stigmatella aurantiaca 30 requerido para la síntesis del ácido chorismic de 2,3-dihidroxibenzoico acil-O-AMP, un precursor clave de la myxochelin de tipo catecol siderophore (SACE_3854, mxcD; SACE_3852, MxcF; SACE_3855, MxCC; SACE_3853, mxcE). En S. erythraea , los C-5 precursores para la biosíntesis de terpenoides son aparentemente generado por la vía del fosfato de metil eritritol, por la que todos los genes están presentes. Metabolitos terpenoides desempeñan diversas funciones en las bacterias, proporcionando componentes ejemplo quinona de la cadena de transporte de electrones, especies de ARNt modificados y pigmentos carotenoides para la protección UV. De los seis genes terpeno sintasa presente ( Tabla 3 suplementaria en línea), tres ( TPC1 , tpc3 y tpc5 ) muestran similitud sustancial a ciclasas terpeno en otros organismos que se sabe que producen geosmina, un sesquiterpeno que proporciona el suelo con su olor característico. Del mismo modo, elhop clúster es muy similar a las agrupaciones en S. avermitilis (SAV1650-1654) y S.coelicolor (SCO6760-6764) que se cree que dirigir la producción de hopanoides 31 . Se proponen estos compuestos para reducir el estrés en la desecación micelio aéreo.Dispersos en otras partes del genoma existen genes adicionales potencialmente implicados en las vías de metabolitos secundarios que producen. Por ejemplo, hay un conjunto parcial de los genes de biosíntesis de carotenoides (SACE_3271, SACE_3272, SACE_1713, SACE_3269, SACE_3539). La presencia de un halogenase triptófano (SACE_4919) y de un segundo halogenase (SACE_4927) puede indicar la producción de metabolitos que contienen halógeno en esta cepa. El CDS SACE_4230-4233 se parecen mucho a los ramCSAB genes de S. coelicolor , que están involucrados en la producción de la lantibiótico-péptido similar SAPB que actúa como un morfógeno en la ayuda a la producción de hifas aéreas 32 . Otros dos posibles genes sintetasa lantibióticos son codificadas por SACE_4389 y SACE_4025.
Figura 3: Grupos de genes para la biosíntesis de policétidos.
abc , ABC transportador; acc , carboxilasa-acil CoA; acd , acil-CoA deshidrogenasa; acp , la proteína portadora de acilo; acs , acil-CoA-sintetasa como gen; amo , amino oxidasa, amt , aminotransferasa; a , aciltransferasa; bcp, proteína transportadora carboxi biotina; cbs , carbamoiltransferasa; taza , proteínas Cupin similares;dah , DAHP sintasa; dh , deshidratasa; eff , gen de flujo de salida; ermE , eritromicina resistencia metiltransferasa rRNA gen; ery , eritromicina; gt , glicosiltransferasa;HMG, HMG-CoA sintasa; ks , cetosintasa; ksIII , proteínas FabH similar; OMT , O -metiltransferasa; oxi , oxidorreductasa; p450 , el citocromo P450; pfa , sintasa de ácidos grasos poliinsaturados; PKE , octaketide sintasa; sta , STAD-como proteína te , tioesterasa.
Imagen a tamaño completo (91 KB )Figura 4: S. erythraea grupos de genes de péptido sintetasas no ribosomal.
abc , ABC transportador; acs , acil-CoA-sintetasa proteínas similares; bla , β-lactamasas; cys , proteínas cisteína sintasa-como; mcd , malonil-CoA descarboxilasa;mtb proteínas, mtbH similar; octubre , carbamoiltransferasa ornitina; ocd , ciclodeaminasa ornitina / lisina; oxi , oxidorreductasa, rojo , reductasa;sorbo , siderophore interacción de proteínas; syrP , proteínas SyrP similar; reg , proteína reguladora; te , tioesterasa.
Imagen a tamaño completo (57 KB )Los genes que contribuyen a la producción de eritromicina
Aunque la mayoría de los grupos de genes de antibióticos de poliquétidos contienen uno o más genes reguladores, su ausencia del ery agrupación de genes biosintéticos ha obstaculizado los esfuerzos para mejorar la producción de eritromicina que no sea por medio de la manipulación, la mutagénesis al azar y selección. La disponibilidad de la secuencia del genoma permitirá enfoques globales para definir el mecanismo por el cual la producción de eritromicina se controla en S. erythraea , tanto en la comprensión de la represión clásica por ciertas fuentes de carbono, nitrógeno y fósforo y el papel de los reguladores-vía específica. Mientras tanto, ya hay pruebas, para el no filamentosaserythreum Aeromicrobium , que el aumento del flujo a través de las vías metabólicas de alimentación ( Fig Complementario. 2 en línea) influye fuertemente el rendimiento eritromicina 33 . Producción de eritromicina requiere propionil-CoA para proporcionar una unidad de arranque, y (2 S ) metilmalonil-CoA para proporcionar unidades de elongación, para la cadena de policétido del antibiótico. Los intentos anteriores para definir las vías proximales que proporcionan estos bloques de construcción han dado resultados concluyentes 34 , y el análisis de la secuencia del genoma ahora sugiere algunas razones para esto. Por ejemplo, biotina-carboxilación dependiente de propionil-CoA es una ruta establecida a (2 S ) metilmalonil-CoA ( Fig. 3 ), y en S. erythraea parece que hay al menos cinco loci genéticos, se presentan muy diversas arquitecturas de proteínas, que podrían codificar para una enzima que cataliza esta reacción ( Fig complementario. 3 en línea) 35, 36 . Se requiere trabajo adicional para deconvolute las contribuciones hechas por estos conjuntos de genes a la biosíntesis de eritromicina. Una segunda ruta propuesta para (2 S ) metilmalonil-CoA reductasa procede por la reordenación de succinil-CoA catalizada por adenosilcobalamina dependiente de metilmalonil-CoA mutasa, pero esto se obtiene la (2 R ) isómero de metilmalonil-CoA, no los (2S ) isómero. Nuestro análisis revela la presencia de un gen que codifica un auténtico epimerasa metilmalonil-CoA (SACE_6238) que interconvertir (2 R ) - y (2S) isómeros 37 . Hay un homólogo de este gen en cada una de S. avermitilis (SAV2857) y S. coelicolor (SCO5398). Hay un solo grupo de los metilmalonil-CoA mutasa genes adenosilcobalamina-dependiente (SACE_5638-5640). S. erythraea , a diferencia de muchos estreptomicetos, no tiene homólogo de crotonilo-CoA reductasa o de adenosilcobalamina dependiente isobutiril CoA mutasa, que explica su incapacidad para proporcionar unidades de butirato para la biosíntesis de policétidos 38, 39 ; también no tiene homólogo de meaa en S. coelicolor , que ha sido implicado en la provisión de metilmalonil-CoA a partir de acetoacetil-CoA 40 .La disponibilidad de la secuencia completa del genoma proporciona ahora la base de enfoques sistemáticos para identificar y manipular dichas vías alimentadoras con el objetivo de aumentar la producción de policétidos. También proporciona el punto de partida para un análisis a gran escala del genoma integrado de S. erythraeametabolismo, conforme a lo dispuesto recientemente por S. coelicolor 41 .
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