达托霉素是一种新型脂肽类抗生素,由玫瑰孢链霉菌发酵生成,具有在体外抗绝大多数临床革兰氏阳性菌的作用。2009年Cubicin(达托霉素商品名)的销售额达到5.38亿美元,并有望在未来几年达到10亿美元。因此对达托霉素进行深入研究和开发具有重要意义。目前,国内外尚无玫瑰孢链霉菌代谢通量分析和指导基因工程改造的报道。本文拟通过构建玫瑰孢链霉菌代谢网络,进行代谢通量分析预测目标基因,采用基因工程手段改造菌种并进行发酵验证,获得具有我国自主知识产权的高产达托霉素基因工程菌株。首先将天蓝色链霉菌代谢网络收录的开放式阅读框与玫瑰孢链霉菌NRRL 11379基因组序列进行比对,建立了初始反应列表;通过补充达托霉素合成反应、细胞合成反应、运输反应以及添补网络空缺,建立了玫瑰孢链霉菌的代谢网络。由结构分析识别了网络中的关键节点和关键代谢途径。基于构建的代谢网络,对玫瑰孢链霉菌进行了代谢通量分析,研究了不同稀释率对碳代谢流进入戊糖磷酸途径、糖酵解途径和三羧酸循环通量的影响,并分析了丙酮酸和α-酮戊二酸节点的通量分布。通过模拟比达托霉素生成速率增加后的通量分布,发现主代谢网络中流经戊糖磷酸途径的变化最大,因此预测基因工程改造的目标基因:扩增戊糖磷酸途径中产NADPH酶的编码基因。克隆得到玫瑰孢链霉菌的6-磷酸葡萄糖酸脱氢酶编码基因zwf3,由TA克隆构建重组载体pTA2-zwf3,并构建了表达载体pIB139-zwf3,通过接合转移、抗生素选择性培养,得到了zwf3高表达的玫瑰孢链霉菌菌株,在含有葡萄糖和无机氮源的基础发酵培养基上培养,达托霉素产量由365.5 mg/L提高到411.6 mg/L,增长了12.6%。证明代谢通量分析对目标基因的预测是正确的,通过代谢通量分析能够成功的指导基因工程改造,进而提高目标产物的产量。将基因工程菌在7.5 L发酵罐中发酵,通过双阶段溶氧转换方法,达托霉素产量达到758.2 mg/L,比最优的常数控制(300 rpm)下的产量655.8 mg/L提高了15.6%。建立了以达托霉素为产物的动力学模型,该模型能较好的反映分批发酵过程。