CN102010848B - 一株具有双重噬菌体抗性的l-苯丙氨酸生产菌及其选育方法 - Google Patents
一株具有双重噬菌体抗性的l-苯丙氨酸生产菌及其选育方法 Download PDFInfo
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Abstract
本发明对容易受到噬菌体污染的WSH-Z06的宿主菌分别进行紫外线诱变处理、噬菌体淘汰培养,筛选到一株具有BP-1和BP-2双重抗性的大肠杆菌宿主菌,随后用编码L-苯丙氨酸合成酶基因的质粒(pAP-B03)转化宿主菌,得到抗噬菌体L-苯丙氨酸生产菌WSH-BR165(pAP-B03);本发明将传统紫外诱变育种的优点与分子生物学改造的优点相结合,通过噬菌体淘汰培养的方法,高效率地筛选并构建出一株具有噬菌体BP-1、BP-2抗性的L-苯丙氨酸生产菌。
Description
技术领域
本发明涉及一种具有双重噬菌体抗性的微生物及其选育方法,属于生物工程技术领域。
背景技术
噬菌体污染是影响氨基酸发酵生产的关键因素之一。如果在生产中受到噬菌体的污染,会影响生产率,从而影响企业效益。其来源很多,在相对较长的发酵周期中,无论哪个环节发生污染,都会对整个过程造成影响。多年来,企业在噬菌体在生产过程对噬菌体的防治上积累了大量的经验,但选育抗噬菌体的生产菌株才是最有效的方法。
本实验室前期开发了一株L-苯丙氨酸生产菌WSH-BR42(CCTCC M 2010008),该菌株具有噬菌体BP-1(CCTCC M 2010054)抗性,但在实际生产中发现该菌种又受到了噬菌体BP-2(CCTCC M 2010055)的污染。
利用诱变手段筛选抗噬菌体的菌株是选育抗性菌株的方法之一。由于现在所知的诱变方法已有很多,其对机理方面的要求也不高,人们在对诱变方法的选用上已有了很多的经验。但往往用诱变手段选育菌种具有一定的盲目性,是一件耗时耗力的工作。在筛选抗噬菌体抗性的大肠杆菌方面,本发明提出在诱变后培养阶段利用噬菌体淘汰培养的方法,就如何快速有效的获得目的菌株而言提供了一条新的途径。
发明内容
本发明所要解决的一个技术问题是提供一株重组大肠杆菌WSH-BR165(pAP-B03),该菌株具有对重组大肠杆菌易感染噬菌体BP-1(CCTCC M 2010054,保藏于中国典型培养物保藏中心,保藏日期:2010年3月15日,地址:中国武汉,武汉大学,分类学命名为:大肠杆菌噬菌体(Bacteriophage))和BP-2的(CCTCC M 2010055,保藏于中国典型培养物保藏中心,保藏日期:2010年3月15日,地址:中国武汉,武汉大学,分类学命名为:大肠杆菌噬菌体(Bacteriophage))双重抗性;含有重组质粒,质粒上携带L-苯丙氨酸合成酶基因,现已保藏于中国典型培养物保藏中心,保藏时间2010年1月18日,地址:中国武汉,武汉大学,分类学命名为:大肠杆菌(Escherichia coli),保藏编号为 CCTCC M 2010013。
所述噬菌体BP-1来源于本实验室前期开发的L-苯丙氨酸生产菌WSH-ZH06(含重组质粒pAP-B03,CCTCC M 2010009)受到噬菌体污染的裂解液,噬菌体BP-1已保藏于中国典型培养物保藏中心,保藏时间2010年3月15日,保藏编号为CCTCC M 2010054;噬菌体BP-2来源于本实验室开发的L-苯丙氨酸生产菌WSH-BR42(含重组质粒pAP-B03,CCTCCM 2010008)受到噬菌体污染的裂解液,WSH-BR42具有噬菌体BP-1的抗性,但不具有噬菌体BP-2的抗性,噬菌体BP-2已保藏于中国典型培养物保藏中心,保藏时间2010年3月15 日,保藏编号为CCTCC M 2010055。
所述重组质粒为pAP-B03,其上携带L-苯丙氨酸合成的关键酶CM/PDT和DS的基因pheAfbr和aroF,其中pheAfbr基因来源于E.coli K12的突变株,aroF来源于E.coli K12(Enhanced L-phenylalanine biosynthesis by co-expression of pheAfbr and aroFwt.HaiyanZhou,Xianyan Liao,Tianwen Wang,Guocheng Du,Jian Chen.Bioresource Technology)。
本发明所要解决的另外一个技术问题是提供了一种紫外线诱变育种、噬菌体淘汰培养以及分子生物学改造相结合的L-苯丙氨酸生产菌的选育方法。
为解决上述技术问题,对容易受到噬菌体污染的WSH-Z06的宿主菌(EnhancedL-phenylalanine biosynthesis by co-expression of pheAfbr and aroFwt.Haiyan Zhou,XianyanLiao,Tianwen Wang,Guocheng Du,Jian Chen.Bioresource Technology)分别进行紫外线诱变处理、噬菌体淘汰培养,筛选到一株具有BP-1和BP-2双重抗性的大肠杆菌宿主菌,随后用编码L-苯丙氨酸合成酶基因的质粒(pAP-B03)转化上述大肠杆菌宿主菌,得到具有双重噬菌体抗性的L-苯丙氨酸生产菌WSH-BR165(pAP-B03)。
所述紫外线诱变处理,具体方法为培养WSH-Z06的宿主菌,离心、洗涤菌体后在紫外照射10-60s进行诱变处理。
所述噬菌体淘汰培养,具体方法为在紫外线诱变处理后,红灯下在培养皿中分别吸取一定含量菌液于装有30mL LB培养基和各1mL效价为1010pfu/mL的噬菌体BP-1和BP-2裂解液的三角瓶中培养6h,使得诱变后不具有噬菌体抗性的菌被淘汰,具有双重噬菌体抗性的菌得到富集。
所述噬菌体抗性筛选,具体方法为:离心、收集、培养诱变后的菌体,挑取形态、大小、颜色各不相同的菌落逐一涂布单层平板,然后在平板的4个象限处分别各滴加5μL噬菌体BP-1和BP-2的裂解液,做好标记,培养24h后,挑取在4处滴加噬菌体的地方均没有出现噬菌斑的菌株。
所述噬菌体裂解液BP-1,取样于受噬菌体污染的WSH-Z06(pAP-B03)发酵液,经过分离、培养后获得,具体方法为:发酵液离心后的上清液经0.22μm微孔滤膜过滤除菌,取出一定上清液放入装有肉膏蛋白胨培养基的试管中,同时加入一定量的WSH-Z06(pAP-B03)菌悬液,培养一段时间,待长出单个噬菌斑后,用接种针穿刺法挑取形态、大小不一的单个空斑分别接入含有敏感菌WSH-Z06的液体培养基中,37℃振荡培养16-24h。
所述噬菌体裂解液BP-2,取样于受噬菌体污染的WSH-BR42(pAP-B03)发酵液,经过分离、培养后获得,具体方法为:发酵液离心后的上清液经0.22μm微孔滤膜过滤除菌,取出 一定上清液放入装有肉膏蛋白胨培养基的试管中,同时加入一定量的WSH-BR42(pAP-B03)菌悬液,培养一段时间,待长出单个噬菌斑后,用接种针穿刺法挑取形态、大小不一的单个空斑分别接入含有敏感菌WSH-Z06的液体培养基中,37℃振荡培养16-24h。
所述噬菌体抗性检测培养基,采用肉膏蛋白胨培养基(牛肉膏5g/L,蛋白胨10g/L,葡萄糖10g/L,NaCl 5g/L),pH 7.0-7.2,琼脂2%。
所述抗噬菌体L-苯丙氨酸生产菌,其优选培养基组成为:
(1)种子培养基:
使用LB培养基(蛋白胨10g/L,酵母粉5g/L,NaCl 10g/L),pH 7.0,固体培养基加2%的琼脂。
(2)发酵培养基(g/L):
葡萄糖25,L-酪氨酸0.4,碳酸钙12.5,七水合硫酸镁3.0,二水合氯化钙0.015,磷酸二氢钾3.0,氯化钠1.0,硫酸铵5.0,七水合硫酸亚铁0.075,柠檬酸钠1.0,硫胺素(thiamine·HCl)0.075,硫酸卡那霉素0.04,微量元素溶液(TES)1.5mL/L,pH 7.0。
TES溶液(g/L):Al2(SO4)3·18H2O 2.0,CoSO4·7H2O 0.75,CuSO4·5H2O 2.5,H3BO30.5,MnSO4·H2O 24,Na2MoO4·2H2O 3.0,NiSO4·6H2O 2.5,ZnSO4·7H2O 15,用1N的HCl溶解。
所述抗噬菌体L-苯丙氨酸生产菌,其发酵罐培养方法为:
将37℃、200rpm下培养12h的种子以10%的接种量分别接入3L发酵罐中,发酵培养基体积为1.5L,通气量为1vvm,搅拌转速为400rpm,待DO降至20%,通过调节搅拌转速和通气量维持DO在20%以上;温度设定在33℃,菌体浓度达到OD610=3时,升温至37℃,用28%氨水控制pH在7.0左右,使用流加700g/L的葡萄糖溶液的方式维持培养基中残余葡萄糖浓度在5g/L左右。
细胞干重(DCW)的测定方法为:取一定量的菌悬液置于10mL容量瓶中,加去离子水定容,摇匀,用722型可见分光光度计,于610nm处比色测OD值,利用细胞干重标准曲线算得细胞干重,若测摇瓶发酵培养中的菌体浓度则在定容前加2mL 2N的盐酸溶解菌悬液中的碳酸钙。
L-苯丙氨酸浓度的测定方法采用氨基酸常用测定方法,高效液相色谱(HPLC)柱前衍生化方法进行测定(Rapid,accurate,sensitive,and reproducible HPLC analysis of aminoacids.Henderson,J.W.,Rieker,R.D.,Bidlingmeyer,B.A.,Woodward,C.,Agilent Technologies,USA,2000)。
有益效果:
本发明将传统紫外诱变育种的优点与分子生物学改造的优点相结合,通过噬菌体淘汰培养的方法,高效率地筛选并构建出一株具有噬菌体BP-1、BP-2抗性的L-苯丙氨酸生产菌;与之前的L-苯丙氨酸生产菌株相比,可以抵抗两种大肠杆菌噬菌体的感染,且细胞生长速度和L-苯丙氨酸产量不受影响,并且具有良好的遗传稳定性,提高了L-苯丙氨酸生产企业的经济效益。
具体实施方式
实施例一:噬菌体BP-1的分离纯化
菌株:
本实验室前期开发的L-苯丙氨酸生产菌重组大肠杆菌WSH-Z06(pAP-B03),保藏于中国典型培养物保藏中心,菌种保藏编号为CCTCC M 2010009。
取某工厂受到噬菌体感染的重组大肠杆菌WSH-Z06(pAP-B03)发酵液4mL,8000rpm离心10min后,上清液经0.22μm微孔滤膜过滤除菌,取出100μL到50℃装有6mL上层肉膏蛋白胨培养基的试管中,同时加入WSH-Z06(pAP-B03)菌悬液100μL,立即混匀,倒入已凝固的底层培养基上,铺匀,置37℃培养箱内培养16-24h。待长出单个噬菌斑后,用接种针穿刺法挑取形态、大小不一的单个空斑分别接入含有WSH-Z06(pAP-B03)的液体培养基中,37℃振荡培养16-24h。重复上述步骤进行噬菌斑形态、大小的检验,直至得到纯化的噬菌体。
噬菌体分离纯化培养基:肉膏蛋白胨培养基(牛肉膏5g/L,蛋白胨10g/L,葡萄糖10g/L,NaCl 5g/L,pH 7.0-7.2,上层琼脂0.8%,下层琼脂2%)。
噬菌体BP-1已保藏于中国典型培养物保藏中心,保藏编号为CCTCC M 2010054。
实施例二:噬菌体BP-2的分离纯化
菌株:
本实验室前期开发的L-苯丙氨酸生产菌重组大肠杆菌WSH-BR42(pAP-B03),保藏于中国典型培养物保藏中心,菌种保藏编号为CCTCC M 2010008。
取某工厂受到噬菌体感染的重组大肠杆菌WSH-BR42(pAP-B03)发酵液4mL,8000rpm离心10min后,上清液经0.22μm微孔滤膜过滤除菌,取出100μL到50℃装有6mL上 层肉膏蛋白胨培养基的试管中,同时加入WSH-BR42(pAP-B03)菌悬液100μL,立即混匀,倒入已凝固的底层培养基上,铺匀,置37℃培养箱内培养16-24h。待长出单个噬菌斑后,用接种针穿刺法挑取形态、大小不一的单个空斑分别接入含有WSH-BR42(pAP-B03)的液体培养基中,37℃振荡培养16-24h。重复上述步骤进行噬菌斑形态、大小的检验,直至得到纯化的噬菌体。
噬菌体分离纯化培养基:肉膏蛋白胨培养基(牛肉膏5g/L,蛋白胨10g/L,葡萄糖10g/L,NaCl 5g/L,pH 7.0-7.2,上层琼脂0.8%,下层琼脂2%)。
噬菌体BP-2已保藏于中国典型培养物保藏中心,保藏编号为CCTCC M 2010055。
实施例三:紫外线诱变育种、噬菌体淘汰培养以及双抗性的筛选
菌株:
大肠杆菌宿主菌WSH-ZH06(前期构建,Enhanced L-phenylalanine biosynthesis byco-expression of pheAfbr and aroFwt.Haiyan Zhou,Xianyan Liao,Tianwen Wang,GuochengDu,Jian Chen.Bioresource Technology)
从斜面上接一环大肠杆菌宿主菌WSH-ZH06菌种入LB种子培养基中(25mL/250mL锥形瓶),在37℃、200rpm的条件下培养12h后,离心收集菌体,用生理盐水洗涤三次。取适量菌悬液于六只内置磁力搅拌子的培养皿中,放入紫外诱变箱(紫外灯与菌液距离为30cm,紫外灯为15瓦特),分别在紫外灯下照射10s,20s,30s,40s,50s及60s。在红灯下,在每只培养皿中分别吸取1mL菌液于装有30mLLB和各1mL效价为1010pfu/mL的两种噬菌体裂解液的三角瓶中间培养6h,而后稀释、涂布LB平板,置于37℃培养箱中培养过夜,挑取形态、大小、颜色各不相同的菌落逐一涂布单层平板,然后在平板的4个象限处分别各滴加5μl噬菌体BP-1和BP-2裂解液,做好标记,培养24h后,挑取在4处滴加噬菌体的地方均没有出现噬菌斑的菌株6株,将每株菌分别在斜面培养基上连续传代10次,再分别检测各菌株每一代的噬菌体抗性,结果选出噬菌体抗性遗传稳定的菌株1株,命名为WSH-BR165。
实施例四:将质粒转入具有双重噬菌体抗性的大肠杆菌
菌株:
具有噬菌体BP-1、BP-2双重抗性的大肠杆菌宿主菌WSH-BR165
质粒:
pAP-B03为本实验室自行构建(详见参考文献Enhanced L-phenylalanine biosynthesis byco-expression of pheAfbr and aroFwt.Haiyan Zhou,Xianyan Liao,Tianwen Wang,GuochengDu,Jian Chen.Bioresource Technology,2010,1)
采用电转化的方法对大肠杆菌突变株WSH-BR165进行转化质粒pAP-B03。将WSH-BR165的对数期培养液100mL先用等量的水洗涤三次,再用等量的10%甘油洗涤三次,最后用1mL的10%甘油悬浮菌体。向电转化杯中加入50μl的菌悬液,再加入5μl的质粒,向电转杯提供2.5KV的电压5ms,立刻在电转杯中加入1mL的LB培养基,混匀后转入1.5mL的离心管里于37℃、200rpm条件下培养2h后,涂布含有硫酸卡那霉素的LB平板,置于37℃培养箱中培养过夜。待有单菌落长出,得到具有双重噬菌体抗性的L-苯丙氨酸生产菌WSH-BR165(pAP03),将其接入含有硫酸卡那霉素的LB斜面上保藏备用。
WSH-BR165(pAP03)已保藏于中国典型培养物保藏中心,保藏编号为CCTCC M2010013。
实施例四:在添加噬菌体BP-2裂解液的条件下,WSH-BR165(pAP03)与WSH-BR42(pAP-B03)以及WSH-Z06(pAP-B03)产L-苯丙氨酸能力的比较
菌株:
WSH-BR165(pAP03)、WSH-ZH06(pAP03)、WSH-BR42(pAP-B03)
优选培养基组成为:
(1)种子培养基:
使用LB培养基(蛋白胨10g/L,酵母粉5g/L,NaCl 10g/L),pH 7.0,固体培养基加2%的琼脂。
(2)发酵培养基(g/L):
葡萄糖25,L-酪氨酸0.4,碳酸钙12.5,七水合硫酸镁3.0,二水合氯化钙0.015,磷酸二氢钾3.0,氯化钠1.0,硫酸铵5.0,七水合硫酸亚铁0.075,柠檬酸钠1.0,硫胺素(thiamine·HCl)0.075,硫酸卡那霉素0.04,微量元素溶液(TES)1.5mL/L,pH 7.0。
TES溶液(g/L):Al2(SO4)3·18H2O 2.0,CoSO4·7H2O 0.75,CuSO4·5H2O 2.5,H3BO30.5,MnSO4·H2O 24,Na2MoO4·2H2O 3.0,NiSO4·6H2O 2.5,ZnSO4·7H2O 15,用1N的HCl溶解。
3L发酵罐中发酵培养基体积为1.5L,通气量为1vvm,搅拌转速为400rpm,待DO降至20%,通过调节搅拌转速和通气量维持DO在20%以上;温度设定为33℃,菌体浓度 达到OD610=3时,升温至37℃,用28%氨水控制pH在7.0左右,使用流加700g/L的葡萄糖溶液的方式维持培养基中残余葡萄糖浓度在5g/L左右,发酵至L-苯丙氨酸产量达到最大,结果见表一。
表一
表一数据表示,经过诱变后,虽然重组大肠杆菌L-苯丙氨酸产量略微降低,但发酵时间有所缩短,生产强度总体不变,并且具有了噬菌体BP-1和BP-2抗性。
实施例五:在添加噬菌体BP-1和BP-2裂解液的条件下,WSH-BR165(pAP03)产L-苯丙氨酸能力的验证
菌株:
噬菌体BP-1,保藏编号为CCTCC M 2010054;噬菌体BP-2,保藏编号为CCTCC M2010055;WSH-BR165(pAP03)保藏编号为CCTCC M 2010013。
3L发酵罐中发酵培养基(分别添加0.5%(v/v)的效价为1010PFU/mL的噬菌体BP-1和BP-2的裂解液)体积为1.5L。通气量为1vvm,搅拌转速为400rpm,待DO降至20%,通过调节搅拌转速和通气量维持DO在20%以上;温度设定为33℃,菌体浓度达到OD610=3时,升温至37℃,用28%氨水控制pH在7.0左右,使用流加700g/L的葡萄糖溶液的方式维持培养基中残余葡萄糖浓度在5g/L左右,发酵48小时,L-苯丙氨酸产量达到48g/L。
Claims (3)
1.一种L-苯丙氨酸生产菌,其特征在于:该菌株具有对重组大肠杆菌易感染的保藏编号为CCTCC NO:M 2010054的噬菌体BP-1和保藏编号为CCTCC NO: M 2010055的噬菌体BP-2的双重抗性;含有重组质粒,质粒上携带L-苯丙氨酸合成酶基因,现已保藏于中国典型培养物保藏中心,地址:中国武汉、武汉大学,保藏时间2010年1月18日,保藏编号为 CCTCC NO:M 2010013,分类学命名为大肠杆菌(Escherichia coli)。
2.根据权利要求1所述L-苯丙氨酸生产菌,其特征在于,噬菌体BP-1来源于保藏编号为CCTCC NO: M 2010009的L-苯丙氨酸生产菌WSH-ZH06受到噬菌体污染的裂解液,噬菌体BP-1已保藏于中国典型培养物保藏中心,保藏时间2010年3月15日,地址:中国武汉、武汉大学,保藏编号为 CCTCC NO: M 2010054,分类学命名为大肠杆菌噬菌体(Bacteriophage);噬菌体BP-2来源于保藏编号为CCTCC NO:M 2010008的L-苯丙氨酸生产菌WSH-BR42受到噬菌体污染的裂解液,WSH-BR42具有噬菌体BP-1的抗性,但不具有噬菌体BP-2的抗性,噬菌体BP-2已保藏于中国典型培养物保藏中心,地址:中国武汉、武汉大学,保藏时间2010年3月15日,保藏编号为 CCTCC NO:M 2010055,分类学命名为大肠杆菌噬菌体(Bacteriophage)。
3.根据权利要求1所述L-苯丙氨酸生产菌,其特征在于,重组质粒上携带L-苯丙氨酸合成的关键酶CM/PDT和DS的基因pheAfbr和aroF wt 。
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