链霉菌能产生丰富的次级代谢产物，目前临床上应用的抗生素约三分之二由该属微生物产生，因此链霉菌被称为药物合成的天然细胞工厂。然而，自然界分离得到的野生链霉菌抗生素合成水平很低，难以满足产业化的要求；已产业化的工程菌株需要不断提高产量，以降低生产成本。因此，如何获得链霉菌高产菌株成为几十年来对其进行基础及应用研究的重要主题之一。

在微生物合成生物学改造过程中，通过表达控制元件对相关生物合成途径进行精细调控，能显着提高目标产物的生物合成能力。然而，对于重要的抗生素生产者链霉菌，由于缺少必要的表达控制元件积累，尚没有精细调控策略的相关报道，这严重制约了链霉菌的工程改造。中国科学院微生物研究所微生物生理代谢研究组立足于这一问题，开发了一系列链霉菌合成生物学研究必要的表达控制元件，2013年，开发了链霉菌强启动子kasOp*；2015年，筛选了166个具有不同强度的链霉菌普适的组成型启动子；2016年，开发了可用于“适时”、“适量”的表达控制的链霉菌诱导表达系统Potr*。这些工作丰富了链霉菌合成生物学元件库。目前，这些元件该已被Jay D Keasling等国内外50多课题组广泛使用。

近日，微生物生理代谢研究组利用以上元件研究发现，次级代谢产物的合成时序与链霉菌前体供应等生理状态不匹配是制约产量提高的重要原因之一。为解决这一问题，该研究组利用链霉菌时序启动子，建立优化、适配次级代谢产物生物合成的全新自调控策略。首先，利用诱导启动子在“时间”和“强度”两个维度优化链霉菌次级代谢合成基因簇的表达，找到高产的最优条件；然后，在该最优条件下进行全局时序转录谱分析，筛选和诱导启动子一致的生理时序启动子；最后，利用筛选的生理启动子替换诱导启动子实现次级代谢合成基因簇的优化表达。这一策略对提高链霉菌次级代谢产物产量具有普遍意义。相关研究成果发表在ACS Synth Biol上。

这一策略在微生物生理代谢研究组与河北圣雪大成制药有限责任公司的合作项目中得到应用，使公司四环类抗生素生产菌产量得到显着提高。研究工作得到科技部、国家自然科学基金委、中科院青年创新促进会的支持。