Saccharopolyspora erythraea — продуцент эритромицина¶

Saccharopolyspora erythraea — вид грамположительных аэробных актинобактерий рода Saccharopolyspora, известный как основной промышленный продуцент антибиотика эритромицина. Относится к порядку Pseudonocardiales (ранее — к роду Streptomyces, поэтому в старой литературе фигурирует под названием Streptomyces erythreus). Мицелиальный микроорганизм, образующий ветвящийся субстратный мицелий и воздушные гифы, которые фрагментируются на короткие спорообразные элементы.

¶История изучения

Вид был выделен в 1952 году из образца почвы с Филиппин исследователями компании Eli Lilly. Тогда же из культуральной жидкости была получена смесь антибиотиков, получившая название эритромицин. Первоначально продуцент отнесли к стрептомицетам, однако последующие хемотаксономические и молекулярно-генетические исследования (анализ 16S рРНК, состав клеточной стенки, наличие мезо-диаминопимелиновой кислоты и диагностических сахаров) позволили в 1980-х годах переклассифицировать его в род Saccharopolyspora. Полный геном штамма NRRL 2338 был секвенирован в 2008 году, что открыло путь к метаболической инженерии.

¶Морфология и физиология

Клетки образуют длинные ветвящиеся гифы диаметром около 0,5–1 мкм. Аэроб, оптимальная температура роста — 30–37 °C, оптимум pH — 6,5–7,5. Хемоорганотроф: усваивает углеводы, аминокислоты, органические кислоты. Характерная особенность — способность к синтезу крупного макролидного поликетида, что требует интенсивного метаболизма предшественников (пропионил-КоА, метилмалонил-КоА).

¶Биосинтез эритромицина

Эритромицин — 14-членный макролидный антибиотик, состоящий из макроциклического лактонного кольца (эритронолид) и двух сахаров — дезозамина и кладинозы. Биосинтез идёт в несколько этапов:

1. Сборка агликона 6-дезоксиэритронолида B поликетидсинтазой I типа (модульная ферментная система).
2. Гидроксилирование и гликозилирование промежуточных форм.
3. Присоединение сахарных остатков и финальное метилирование.

Гены кластера ery организованы в несколько оперонов и локализованы в хромосоме. Продукция антибиотика максимальна в стационарной фазе роста и подавляется избытком легкоусвояемых источников азота (аммония), что учитывают при промышленном культивировании.

¶Промышленное значение

S. erythraea — один из ключевых промышленных продуцентов антибиотиков наряду со Streptomyces spp. и Penicillium chrysogenum. Эритромицин применяется для лечения инфекций дыхательных путей, кожи, мягких тканей, а также как альтернатива при аллергии на пенициллины. На его основе синтезируют полусинтетические макролиды (азитромицин, кларитромицин, рокситромицин) и кетолиды (телитромицин).

Селекция штаммов ведётся классическими методами (мутагенез, ступенчатый отбор) и методами метаболической инженерии: усиление путей поставки предшественников, амплификация кластера ery, инактивация конкурентных путей. Современные промышленные штаммы дают титры в десятки граммов на литр в условиях глубинного аэрируемого культивирования.

¶Экология и распространение

Бактерия — типичный обитатель почв, встречается также в морских донных осадках и ризосфере растений. Способность к спорообразованию обеспечивает выживание в неблагоприятных условиях. Продуцируемый эритромицин выполняет, вероятно, конкурентную функцию в микробных сообществах.

¶Генетика и биотехнология

Геном штамма NRRL 2338 содержит около 8 млн пар оснований и отличается высоким содержанием GC-пар (около 71 %). Секвенирование выявило дупликации генов, связанных с синтезом поликетидов, и мобильные элементы. Разработаны системы трансформации на основе плазмид и интегративных векторов, что делает S. erythraea удобной моделью для изучения регуляции вторичного метаболизма у актинобактерий.

¶Критика и ограничения

Основные проблемы промышленного использования — высокая стоимость среды, чувствительность к фаговой инфекции и образование побочных продуктов (эритромицины B, C), снижающих выход целевого антибиотика. Кроме того, устойчивость клинических штаммов к макролидам стимулирует поиск новых производных и альтернативных продуцентов.