Integrated Metabolomic and Network Analysis to Explore the Potential Mechanism of Three Chemical Elicitors in Rapamycin Overproduction

生产过剩 生物化学 激发子 代谢网络 代谢组学 代谢途径 代谢工程 生物 化学 新陈代谢 生物信息学
作者
Dandan Zhang,Jinyu Chen,Zihui Wang,Cheng Wang
出处
期刊:Microorganisms [MDPI AG]
卷期号:10 (11): 2205-2205 被引量:1
标识
DOI:10.3390/microorganisms10112205
摘要

Rapamycin is a polyketide macrocyclic antibiotic with exceptional pharmacological potential. To explore the potential mechanism of rapamycin overproduction, the intracellular metabolic differences of three chemical elicitor treatments were first investigated by combining them with dynamic metabolomics and network analysis. The metabolic response characteristics of each chemical elicitor treatment were identified by a weighted gene co-expression network analysis (WGCNA) model. According to the analysis of the identified metabolic modules, the changes in the cell membrane permeability might play a key role in rapamycin overproduction for dimethyl sulfoxide (DMSO) treatment. The enhancement of the starter unit of 4,5-dihydroxycyclohex-1-ene carboxylic acid (DHCHC) and the nicotinamide adenine dinucleotide phosphate (NADPH) availability were the main functions in the LaCl3 treatment. However, for sodium butyrate (SB), the improvement of the methylmalonyl-CoA and NADPH availability was a potential reason for the rapamycin overproduction. Further, the responsive metabolic pathways after chemical elicitor treatments were selected to predict the potential key limiting steps in rapamycin accumulation using a genome-scale metabolic network model (GSMM). Based on the prediction results, the targets within the reinforcement of the DHCHC and NADPH supply were selected to verify their effects on rapamycin production. The highest rapamycin yield improved 1.62 fold in the HT-aroA/zwf2 strain compared to the control.
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