Species of the genus Streptomyces are of major pharmaceutical interest because they synthesize a variety of bioactive secondary metabolites. We have determined the complete nucleotide sequence of the linear chromosome of Streptomyces avermitilis. S. avermitilis produces avermectins, a group of antiparasitic agents used in human and veterinary medicine. The genome contains 9,025,608 bases (average GC content, 70.7%) and encodes at least 7,574 potential open reading frames (ORFs). Thirty-five percent of the ORFs (2,664) constitute 721 paralogous families. Thirty gene clusters related to secondary metabolite biosynthesis were identified, corresponding to 6.6% of the genome. Comparison with Streptomyces coelicolor A3(2) revealed that an internal 6.5-Mb region in the S. avermitilis genome was highly conserved with respect to gene order and content, and contained all known essential genes but showed perfectly asymmetric structure at the oriC center. In contrast, the terminal regions were not conserved and preferentially contained nonessential genes.

Streptomyces avermitilis is a soil bacterium that carries out not only a complex morphological differentiation but also the production of secondary metabolites, one of which, avermectin, is commercially important in human and veterinary medicine. The major interest in this genus Streptomyces is the diversity of its production of secondary metabolites as an industrial microorganism. A major factor in its prominence as a producer of the variety of secondary metabolites is its possession of several metabolic pathways for biosynthesis. Here we report sequence analysis of S. avermitilis, covering 99% of its genome. At least 8.7 million base pairs exist in the linear chromosome; this is the largest bacterial genome sequence, and it provides insights into the intrinsic diversity of the production of the secondary metabolites of Streptomyces. Twenty-five kinds of secondary metabolite gene clusters were found in the genome of S. avermitilis. Four of them are concerned with the biosyntheses of melanin pigments, in which two clusters encode tyrosinase and its cofactor, another two encode an ochronotic pigment derived from homogentiginic acid, and another polyketide-derived melanin. The gene clusters for carotenoid and siderophore biosyntheses are composed of seven and five genes, respectively. There are eight kinds of gene clusters for type-I polyketide compound biosyntheses, and two clusters are involved in the biosyntheses of type-II polyketide-derived compounds. Furthermore, a polyketide synthase that resembles phloroglucinol synthase was detected. Eight clusters are involved in the biosyntheses of peptide compounds that are synthesized by nonribosomal peptide synthetases. These secondary metabolite clusters are widely located in the genome but half of them are near both ends of the genome. The total length of these clusters occupies about 6.4% of the genome.

ABSTRACT We determined the complete genome sequence of Streptomyces griseus IFO 13350, a soil bacterium producing an antituberculosis agent, streptomycin, which is the first aminoglycoside antibiotic, discovered more than 60 years ago. The linear chromosome consists of 8,545,929 base pairs (bp), with an average G+C content of 72.2%, predicting 7,138 open reading frames, six rRNA operons (16S-23S-5S), and 66 tRNA genes. It contains extremely long terminal inverted repeats (TIRs) of 132,910 bp each. The telomere's nucleotide sequence and secondary structure, consisting of several palindromes with a loop sequence of 5′-GGA-3′, are different from those of typical telomeres conserved among other Streptomyces species. In accordance with the difference, the chromosome has pseudogenes for a conserved terminal protein (Tpg) and a telomere-associated protein (Tap), and a novel pair of Tpg and Tap proteins is instead encoded by the TIRs. Comparisons with the genomes of two related species, Streptomyces coelicolor A3(2) and Streptomyces avermitilis , clarified not only the characteristics of the S. griseus genome but also the existence of 24 Streptomyces -specific proteins. The S. griseus genome contains 34 gene clusters or genes for the biosynthesis of known or unknown secondary metabolites. Transcriptome analysis using a DNA microarray showed that at least four of these clusters, in addition to the streptomycin biosynthesis gene cluster, were activated directly or indirectly by AdpA, which is a central transcriptional activator for secondary metabolism and morphogenesis in the A-factor (a γ-butyrolactone signaling molecule) regulatory cascade in S. griseus .

To construct a versatile model host for heterologous expression of genes encoding secondary metabolite biosynthesis, the genome of the industrial microorganism Streptomyces avermitilis was systematically deleted to remove nonessential genes. A region of more than 1.4 Mb was deleted stepwise from the 9.02-Mb S. avermitilis linear chromosome to generate a series of defined deletion mutants, corresponding to 83.12–81.46% of the wild-type chromosome, that did not produce any of the major endogenous secondary metabolites found in the parent strain. The suitability of the mutants as hosts for efficient production of foreign metabolites was shown by heterologous expression of three different exogenous biosynthetic gene clusters encoding the biosynthesis of streptomycin (from S. griseus Institute for Fermentation, Osaka [IFO] 13350), cephamycin C (from S. clavuligerus American type culture collection (ATCC) 27064), and pladienolide (from S. platensis Mer-11107). Both streptomycin and cephamycin C were efficiently produced by individual transformants at levels higher than those of the native-producing species. Although pladienolide was not produced by a deletion mutant transformed with the corresponding intact biosynthetic gene cluster, production of the macrolide was enabled by introduction of an extra copy of the regulatory gene pldR expressed under control of an alternative promoter. Another mutant optimized for terpenoid production efficiently produced the plant terpenoid intermediate, amorpha-4,11-diene, by introduction of a synthetic gene optimized for Streptomyces codon usage. These findings highlight the strength and flexibility of engineered S. avermitilis as a model host for heterologous gene expression, resulting in the production of exogenous natural and unnatural metabolites.

After the first case of per-oral endoscopic myotomy (POEM) at our institution in 2008, the procedure was quickly accepted as an alternative to surgical myotomy and is now established as an excellent treatment option for achalasia. This study aimed to examine the safety and outcomes of POEM at our institution.Per-oral endoscopic myotomy was performed on 500 consecutive achalasia patients at our institution between September 2008 and November 2013. A review of prospectively collected data was conducted, including procedure time, myotomy location and length, adverse events, and patient data with short- (2 months) and long-term (1 and 3 years) follow-up.Per-oral endoscopic myotomy was successfully completed in all patients, with adverse events observed in 3.2%. Two months post-POEM, significant reductions in symptom scores (Eckardt score 6.0 ± 3.0 vs 1.0 ± 2.0, p < 0.0001) and lower esophageal sphincter (LES) pressures (25.4 ± 17.1 vs 13.4 ± 5.9 mmHg, p < 0.0001) were achieved, and this persisted at 3 years post-POEM. Gastroesophageal reflux was seen in 16.8% of patients at 2 months and 21.3% at 3-year follow-up.Per-oral endoscopic myotomy was successfully completed in all cases, even when extended indications (extremes of age, previous interventions, or sigmoid esophagus) were used. Adverse events were rare (3.2%), and there were no mortalities. Significant improvements in Eckardt scores and LES pressures were seen at 2 months, 1 year, and 3 years post-POEM. Based on our large series, POEM is a safe and effective treatment for achalasia; there are relatively few contraindications, and the procedure may be used as either first- or second-line therapy.

Significance Terpenes are generally considered to be plant or fungal metabolites, although a small number of odoriferous terpenes of bacterial origin have been known for many years. Recently, extensive bacterial genome sequencing and bioinformatic analysis of deduced bacterial proteins using a profile based on a hidden Markov model have revealed 262 distinct predicted terpene synthases. Although many of these presumptive terpene synthase genes seem to be silent in their parent microorganisms, controlled expression of these genes in an engineered heterologous Streptomyces host has made it possible to identify the biochemical function of the encoded terpene synthases. Genes encoding such terpene synthases have been shown to be widely distributed in bacteria and represent a fertile source for discovery of new natural products.

Background and study aims: Resection of submucosal tumors by means of endoscopy has been reported using a variety of techniques, but cannot be performed safely in tumors originating from the muscularis propria. Using the submucosal tunnel created by the technique of peroral endoscopic myotomy (POEM), we report the first series describing the new technique of submucosal endoscopic tumor resection (SET) for tumors of the esophagus and cardia. Patients and methods: SET was attempted in nine consecutive patients with tumors (size > 2 cm) of either the esophagus or cardia with clinical indications for lesion removal. Following creation of a submucosal tunnel from 5 cm above the tumor, as described previously, the tumor was dissected from the overlying mucosa/submucosa and then carefully removed from the muscular layer using triangle-tip and insulated-tip knives. Following specimen retrieval through the tunnel, the orifice was closed by clips. Results: Of the nine patients, two had tumors that were too large (60 mm and 75 mm, respectively) to allow safe removal due to loss of endoscopic overview. All remaining tumors (maximal tumor extension 12 – 30 mm) could be resected safely using this method. No complications occurred and follow-up was unremarkable. On histology, all tumors were resected completely (one gastrointestinal stromal tumor, five leiomyomas). The technique had to be modified in one patient with an aberrant pancreas. Conclusions: SET is a promising new technique for selected submucosal tumors in the esophagus and cardia up to a size of 4 cm and should be studied further.

An industrial microorganism, Streptomyces avermitilis, which is a producer of anthelmintic macrocyclic lactones, avermectins, has been constructed as a versatile model host for heterologous expression of genes encoding secondary metabolite biosynthesis. Twenty of the entire biosynthetic gene clusters for secondary metabolites were successively cloned and introduced into a versatile model host S. avermitilis SUKA17 or 22. Almost all S. avermitilis transformants carrying the entire gene cluster produced metabolites as a result of the expression of biosynthetic gene clusters introduced. A few transformants were unable to produce metabolites, but their production was restored by the expression of biosynthetic genes using an alternative promoter or the expression of a regulatory gene in the gene cluster that controls the expression of biosynthetic genes in the cluster using an alternative promoter. Production of metabolites in some transformants of the versatile host was higher than that of the original producers, and cryptic biosynthetic gene clusters in the original producer were also expressed in a versatile host.

Abstract To develop a host-vector system for use in thermophilic Streptomyces, multi-copy plasmids were screened for thermophilic Streptomyces species using data from public bioresource centers (JCM and NBRC). Of 27 thermophilic Streptomyces strains, three harbored plasmids. One plasmid (pSTVU1), derived from S. thermovulgaris NBRC 16615 (= JCM 4520, ATCC 19284, DSM 40444, ISP 5444, NRRL B-12375, NCIMB 10078), was multi-copy and relatively small in size. Analysis of the sequence of this multi-copy plasmid revealed that it was 7 838 bp and contained at least 10 predicted open reading frames (ORFs). The plasmid was introduced into 14 thermophilic Streptomyces strains (of 18 strains examined) and several mesophilic Streptomyces strains (S. lividans, S. parvulus, and S. avermitilis). pSTVU1 can be transferred by mixed culture because the plasmid encodes the ORF that regulates the transfer function. Plasmid transfer was observed not only between strains within the same species but also between mesophilic Streptomyces and thermophilic Streptomyces (and vice versa); however, the efficiency of this transfer was extremely low. We also confirmed that a derivative of pSTVU1 can be used as a multi-copy vector in the gene expression system that is expected to exhibit gene-dosage effects, establishing a method for efficient production of thermophilic α-amylase.