スピラマイシンとバイテスピラマイシン生合成に関与する調節遺伝子

The regulatory genes involved in spiramycin and bitespiramycin biosynthesis.

• Jianlu Dai
• Yiguang Wang
• Juanjuan Liu
• Weiqing He

抄録

バイテスピラマイシン（生物学的スピラマイシン、Bsm）は、Streptomyces spirameticus WSJ-1統合外因性遺伝子によって産生される新規な16員環マクロライド系抗生物質であり、その生合成に関与する遺伝子クラスターは、スピラマイシン生合成に関与する遺伝子クラスターである。Bsm生合成遺伝子クラスターは、スピラマイシン生合成遺伝子クラスター（92kb）と、4"-O-イソバレリル基転移酵素遺伝子（ist）とS. thermotolerans由来の陽性調節遺伝子（cyB2）を含む2つの外因性遺伝子から構成されている。スピラマイシン遺伝子クラスターの配列解析により、bsm2, bsm23, bsm27, bsm42の4つの潜在的調節遺伝子が同定された。S. spiramyceticusにおけるbsm23またはbsm42の不活化はスピラマイシンの生産を排除したが、bsm2およびbsm27の欠失はスピラマイシンの生合成を排除しなかった。bsm42遺伝子と相同性のあるcyB2遺伝子は、Δbsm42変異体ではスピラマイシン産生を回復させることができなかった。bsm42の高発現はスピラマイシン産生を有意に増加させたが、bsm23の過剰発現はΔbsm23と野生型株ではスピラマイシン産生を抑制した。bsm23は、電気泳動モビリティシフトアッセイにより、bsm42およびcyB2の発現調節に関与していることが示された。また、bsm42遺伝子は、S. lividans TK24生合成試験において、4''-イソバレリルスピラミシンの収率が向上したことから推測されるように、istの発現を制御していたが、bsm23を添加すると4''-イソバレリルスピラミシンの産生が減少した。これらの結果から、Bsm42はスピラマイシンやBsm生合成の経路特異的な活性化因子であることが明らかになったが、Bsm23の過剰発現はスピラマイシン産生のポジティブな制御に必須であるにもかかわらず、Bsm23単独ではこれらの抗生物質の産生に悪影響を及ぼすことが明らかになった。

Bitespiramycin (biotechnological spiramycin, Bsm) is a new 16-membered macrolide antibiotic produced by Streptomyces spiramyceticus WSJ-1 integrated exogenous genes. The gene cluster for Bsm biosynthesis consists of two parts: spiramycin biosynthetic gene cluster (92 kb) and two exogenous genes including 4"-O-isovaleryltransferase gene (ist) and a positive regulatory gene (acyB2) from S. thermotolerans. Four putative regulatory genes, bsm2, bsm23, bsm27 and bsm42, were identified by sequence analysis in the spiramycin gene cluster. The inactivation of bsm23 or bsm42 in S. spiramyceticus eliminated spiramycin production, while the deletion of bsm2 and bsm27 did not abolish spiramycin biosynthesis. The acyB2 gene, homologous with bsm42 gene, cannot recover the spiramycin production in Δbsm42 mutant. The high expression of bsm42 significantly increased the spiramycin production, but overexpression of bsm23 inhibited its production in Δbsm23 and wild-type strain. Bsm23 was shown to be involved in the regulation of the expression of bsm42 and acyB2 by electrophoretic mobility shift assays. The bsm42 gene was also positive regulator for ist expression inferred from the improved yield of 4"-isovalerylspiramycins in the S. lividans TK24 biotransformation test, but adding bsm23 decreased the production of 4''-isovalerylspiramycins. These results demonstrated Bsm42 was a pathway-specific activator for spiramycin or Bsm biosynthesis, but overexpression of Bsm23 alone was adverse to produce these antibiotics although Bsm23 was essential for positive regulation of spiramycin production.

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