Polyamines Upregulate Cephalosporin C Production and Expression of β-Lactam Biosynthetic Genes in High-Yielding Acremonium chrysogenum Strain

The high-yielding production of pharmaceutically significant secondary metabolites in filamentous fungi is obtained by random mutagenesis; such changes may be associated with shifts in the metabolism of polyamines. We have previously shown that, in the Acremonium chrysogenum cephalosporin C high-yielding strain (HY), the content of endogenous polyamines increased by four- to five-fold. Other studies have shown that the addition of exogenous polyamines can increase the production of target secondary metabolites in highly active fungal producers, in particular, increase the biosynthesis of β-lactams in the Penicillium chrysogenum Wis 54–1255 strain, an improved producer of penicillin G. In the current study, we demonstrate that the introduction of exogenous polyamines, such as spermidine or 1,3-diaminopropane, to A. chrysogenum wild-type (WT) and HY strains, leads to an increase in colony germination and morphological changes in a complete agar medium. The addition of 5 mM polyamines during fermentation increases the production of cephalosporin C in the A. chrysogenum HY strain by 15–20% and upregulates genes belonging to the beta-lactam biosynthetic cluster. The data obtained indicate the intersection of the metabolisms of polyamines and beta-lactams in A. chrysogenum and are important for the construction of improved producers of secondary metabolites in filamentous fungi.

Effect of different stress conditions on the vegetative growth of the filamentous fungus Acremonium chrysogenum.

El hongo filamentoso Acremonium chrysogenum produce una mezcla de sustancias antibióticas, entre las que destaca la cefalosporina C. Con una participación de mercado del 50% para la cefalosporina C y sus derivados semisintéticos, desempeñan un importante rol en la industria farmacéutica. Debido a su amplio espectro de efectividad contra las bacterias Gram (+) y Gram (-), la cefalosporina C es un fármaco importante, producido únicamente por A. chrysogenum. Las condiciones ambientales inducen adaptaciones en los seres vivos, que responden modificando sus procesos biológicos para lograr su supervivencia. Estas respuestas pueden evaluarse in vitro para dilucidar el efecto del estrés fisiológico en el desarrollo. De esta manera, en este trabajo se evaluó el efecto de diferentes osmolitos, del peróxido de hidrógeno y la luz blanca sobre el crecimiento vegetativo de A. chrysogenum. Se observó un incremento del crecimiento de A. chrysogenum en condiciones de NaCl 0,5 M, mientras que frente al KCl fue osmosensible, deduciéndose una osmoadaptación al NaCl. El glicerol solamente mostró efectos inhibidores del crecimiento a concentraciones de 1M. Por otro lado, A. chrysogenum presentó tolerancia al estrés oxidativo inducido por el peróxido, incluso a concentraciones de 100 mM. Finalmente, un fotoperíodo LD (12/12) estimuló el desarrollo del hongo, mientras que en condiciones LL la tasa de crecimiento fue similar a la observada en la condición de control (DD).Palabras clave: Acremonium chrysogenum, estrés osmótico, estrés oxidativo, estrés lumínico.