CN102191292A - 谷氨酸的发酵制备 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了L-谷氨酸的发酵方法，其包括将编码RNA聚合酶sigma-32因子变体的多核苷酸导入产L-谷氨酸的菌，从而使所获得的菌表达所述RNA聚合酶sigma-32因子变体，其中所述RNA聚合酶sigma-32因子变体是在野生型RNA聚合酶sigma-32因子的M28、Y71、D77、K88或I239的位置上被其他天然氨基酸替换；和在发酵条件下培养获得的菌。
Description
技术领域
本发明属于氨基酸发酵领域，具体而言，本发明涉及L-谷氨酸的发酵方法，L-谷氨酸的发酵方法，其包括将编码RNA聚合酶sigma-32因子变体的多核苷酸导入产L-谷氨酸的菌，从而使所获得的菌表达所述RNA聚合酶sigma-32因子变体；和在发酵条件下培养获得的菌。另外，本发明还提供了所述发酵方法中所用的中间产物等。
背景技术
L-谷氨酸是重要的氨基酸原料，已经被广泛用作为调味品和食品添加剂使用。当前，L-谷氨酸的生产主要是通过微生物的发酵生产的，如可以利用棒状杆菌来生产。
用于发酵生产的微生物可以是野生型微生物，但是更多的是通过诱变或基因工程获得的产量更高的营养缺陷型、耐药变异型和代谢变异型微生物。对于基因工程获得的性状改良的微生物来说，其中至关重要的就是性质优异的基因。
热休克(heat shock)是生物体的一种重要的自我修复机制，在面对高温、高渗透压、毒物等情况下采取的防御机制。其中，RNA聚合酶sigma-32因子通过特异性地对热休克启动子起作用，而参与热休克过程，影响热休克相关蛋白的转录，从而对氨基酸(如，谷氨酸)发酵中的微生物克服代谢产生的毒物产生影响。尽管野生型RNA聚合酶sigma-32已经被公开(可参见NCBI(http://www.ncbi.nlm.nih.gov)蛋白和基因登录号AAB18436.1；也可参见中国专利申请第96193336号)，但是对聚合酶sigma-32的变体的研究却没有报道。
本发明人经过长期艰苦研究，令人意外地发现了新的RNA聚合酶sigma-32因子，其在导入工程菌(尤其是棒状杆菌)发酵的时候获得了显著提高的谷氨酸产量。
发明内容
本发明要解决的技术问题在于提供L-谷氨酸的发酵方法，其包括L-谷氨酸的发酵方法，其包括将编码RNA聚合酶sigma-32因子变体的多核苷酸导入产L-谷氨酸的菌，从而使所获得的菌表达所述RNA聚合酶sigma-32因子变体；和在发酵条件下培养获得的菌。另外，本发明还提供了所述发酵方法中所用的中间产物等
具体而言，在第一方面，本发明提供了L-谷氨酸的发酵方法，其包括：
(1)将编码RNA聚合酶sigma-32因子变体的多核苷酸导入产L-谷氨酸的菌，从而使所获得的菌表达所述RNA聚合酶sigma-32因子变体，其中所述RNA聚合酶sigma-32因子变体是在野生型RNA聚合酶sigma-32因子的M28、Y71、D77、K88或I239的位置上被其他天然氨基酸替换；和
(2)在发酵条件下培养步骤(1)获得的菌。
其中，野生型RNA聚合酶sigma-32因子是本领域技术人员所知晓的，其序列如NCBI(http://www.ncbi.nlm.nih.gov)蛋白和基因登录号AAB18436.1所示。
优选本发明第一方面的发酵方法中，所述多核苷酸编码RNA聚合酶sigma-32因子变体。在本发明的具体实施方式中，所述多核苷酸的核苷酸序列如SEQ IDNo：2所示。
其中，所述RNA聚合酶sigma-32因子变体在M28、Y71、D77、K88或I239的位置上被其他天然氨基酸替换，更优选所述RNA聚合酶sigma-32因子变体是在M28、Y71、D77、K88和I239的位置上被其他天然氨基酸替换。其中的替换优选选自M28V、Y71S、D77A、K88N和I239F。在本发明的具体实施方式中，所述RNA聚合酶sigma-32因子变体的氨基酸序列如SEQ ID No：1所示。本领域技术人员可以根据RNA聚合酶sigma-32因子变体的氨基酸序列推导出其编码核苷酸序列，优选是密码子优化的核苷酸序列，如针对发酵所用的菌密码子使用情况优化的。在本发明的具体实施方式中，所述RNA聚合酶sigma-32因子变体由如SEQ ID No：2所示的多核苷酸编码。
所述多核苷酸可以通过各种本领域技术人员所熟知的方式被导入产L-谷氨酸的菌，只要能够使产L-谷氨酸的菌表达所述RNA聚合酶sigma-32因子变体即可。所述多核苷酸可以直接被导入，例如利用微粒体、基因枪等导入细胞；也可以间接被导入，例如可以通过构建在质粒载体上导入细胞。导入的所述多核苷酸可以整合在细胞的基因组上表达，也可以游离表达。通常，由于产L-谷氨酸的菌本身不适于作为克隆宿主菌，因此优选所述多核苷酸是通过穿梭质粒导入产L-谷氨酸的菌的。其中，所述穿梭质粒优选是大肠杆菌和产L-谷氨酸的菌的穿梭质粒。这样便能够很方便地在大肠杆菌宿主中进行DNA重组操作。
产L-谷氨酸的菌有许多种，本领域技术人员所知晓的包括埃希氏杆菌、棒状杆菌和沙雷氏杆菌，优选是棒状杆菌。在本发明的具体实施方式中，所述产L-谷氨酸的菌是Corynebacterium glutamicum。
优选本发明第一方面的发酵方法中，所述发酵条件的发酵温度为28-35℃，优选为29-33℃，更优选为30-32℃，如30℃。
也优选本发明第一方面的发酵方法中，所述发酵条件的培养基包含糖、NH4Cl、CaCl2、KH2PO4、蛋白胨、MgSO4·7H2O、FeSO4·7H2O、MnSO4·7H2O、生物素、盐酸硫胺素和氯霉素。在本发明的具体实施方式中，所述培养基的配方为：80g蔗糖，20g NH4Cl，45g CaCl2，1g KH2PO4，1g蛋白胨，400mg MgSO4·7H2O，10mg FeSO4·7H2O，10mg MnSO4·7H2O，300μg生物素，50μg盐酸硫胺素，和4mg氯霉素，pH7.8，用水补足至1升。
在第二方面，本发明提供了本发明提供了RNA聚合酶sigma-32因子变体。优选优选所述RNA聚合酶sigma-32因子变体是在M28、Y71、D77、K88和I239的位置上被其他天然氨基酸替换。其中的替换优选选自M28V、Y71S、D77A、K88N和I239F。在本发明的具体实施方式中，所述RNA聚合酶sigma-32因子变体的氨基酸序列如SEQ ID No：1所示。
相应地，本发明提供了编码RNA聚合酶sigma-32因子变体的多核苷酸，优选其核苷酸序列如SEQ ID No：2所示。
本发明具有以下有益效果：谷氨酸的发酵产量得到有效提高；发酵液质量稳定；变体酶与野生型酶结构差异不大，都可以顺利降解，无安全隐患。
为了便于理解，以下将通过具体的实施例对本发明进行详细地描述。需要特别指出的是，这些描述仅仅是示例性的描述，并不构成对本发明范围的限制。依据本说明书的论述，本发明的许多变化、改变对所属领域技术人员来说都是显而易见的。
另外，本发明引用了公开文献，这些文献是为了更清楚地描述本发明，它们的全文内容均纳入本文进行参考，就好像它们的全文已经在本文中重复叙述过一样。
具体实施方式
以下通过实施例进一步说明本发明的内容。如未特别指明，实施例中所用的技术手段为本领域技术人员所熟知的常规手段和市售的常用仪器、试剂，可参见《分子克隆实验指南(第3版)》(科学出版社)、《微生物学实验(第4版)》(高等教育出版社)以及相应仪器和试剂的厂商说明书等参考。
实施例1RNA聚合酶sigma-32因子变体基因构建体的制备
根据我们设计的序列，通过商业途径委托上海生工生物技术有限公司合成编码RNA聚合酶sigma-32因子变体的基因并构建入大肠杆菌-棒状杆菌穿梭质粒pMS2(可购自美国典型微生物保藏中心(ATCC)，商品编号ATCC 67189)中。克隆过程参照《分子克隆实验指南》以及所用商品化试剂的操作指南进行，简要过程如下：
通过DNA自动合成仪，合成RNA聚合酶sigma-32因子变体基因的核酸片段，用T4多核苷酸激酶(购自TaKaRa公司)将这些核酸片段的5’端进行磷酸化，然后等摩尔比混合这5个核酸片段后于65℃变性5分钟，退火降温至16℃，加入T4DNA连接酶(购自TaKaRa公司)连接12小时。然后，取1μL上述连接产物在50μL反应体积中进行PCR扩增，其中正向引物如序列表的SEQ ID No：3所示(引入了EcoR I内切酶位点)、反向引物如序列表的SEQ ID No：4所示(引入了Xba I内切酶位点)，反应条件为：以94℃变性4分钟，然后以94℃变性30秒、63℃退火60秒并72℃延伸30秒进行35个循环，最后以72℃延伸4分钟并降温至4℃。
琼脂糖凝胶电泳上述PCR产物，回收约900bp大小的片段，用EcoR I和XbaI双酶切该片段，并与经这两个内切酶酶切的pMS2质粒用T4 DNA连接酶进行连接，转化入大肠杆菌Top10F’中。挑出阳性克隆，抽提出其中的质粒，经测序验证，相应核苷酸序列如序列表的SEQ ID No：2所示，编码了如SEQ ID No：1所示的RNA聚合酶sigma-32因子变体，由公司将构建好的质粒(命名为pMS2-sigma)寄回。
实施例2棒状杆菌的发酵实验
通过电转化法将pMS2-sigma质粒转入L-谷氨酸发酵的棒状杆菌工程菌(可购自美国典型微生物保藏中心(ATCC)，商品编号ATCC 13869)中，其简要过程是：将棒状杆菌在50mL LB液体培养基中振荡培养至OD500达到0.8，离心收集菌体，用0℃预冷的10％(V/V)甘油溶液洗涤后将菌体重悬于200μL预冷的10％(V/V)甘油溶液中，加入pMS2-sigma质粒，混合均匀后转移入0.1cm电击杯中，于1.5kV持续5ms的条件进行电击，然后立即加入1mL含0.5％(M/M)葡萄糖的液体LB培养基，于42℃温浴5分钟，然后涂布在含100μg/mL氨苄青霉素和35μg/mL卡那霉素的固体LB培养基上于30℃培养36小时。生长出的转化菌株提取总DNA后，用上述正向引物和反向引物PCR扩增，琼脂糖凝胶电泳发现有约900bp大小的片段，表明已经将如序列表的SEQ ID No：1所示的基因导入了棒状杆菌工程菌中。同时将pMS2质粒电转化入L-谷氨酸发酵的棒状杆菌工程菌，形成阴性对照菌。
将上述电转化的阳性棒状杆菌工程菌和阴性对照菌分别在液体LB培养基中振荡培养至OD500达到0.5，以5％的接种量接入谷氨酸发酵培养基(每升培养基配方为：80g蔗糖，20g NH4Cl，45g CaCl2，1g KH2PO4，1g蛋白胨，400mgMgSO4·7H2O，10mg FeSO4·7H2O，10mg MnSO4·7H2O，300μg生物素，50μg盐酸硫胺素，和4mg氯霉素，用NaOH调节至pH7.8)中以30℃振荡(150rpm)培养72小时。离心收集培养基上清液(即，发酵液)，用纸层析法分离并定量培养基中的L-谷氨酸。结果发现，阳性棒状杆菌工程菌的发酵培养基中L-谷氨酸的含量达到了58g/L，而阴性对照菌的发酵培养基中L-谷氨酸的含量仅为31g/L，表明导入了如序列表的SEQ ID No：2所示的基因，产量整整提高了81％，远高于现有技术中导入野生型RNA聚合酶sigma-32因子的工程菌的产量提高比率。
Claims (10)
1.L-谷氨酸的发酵方法，其包括：
(1)将编码RNA聚合酶sigma-32因子变体的多核苷酸导入产L-谷氨酸的菌，从而使所获得的菌表达所述RNA聚合酶sigma-32因子变体，其中所述RNA聚合酶sigma-32因子变体是在野生型RNA聚合酶sigma-32因子的M28、Y71、D77、K88或I239的位置上被其他天然氨基酸替换；和
(2)在发酵条件下培养步骤(1)获得的菌。
2.权利要求1所述的发酵方法，其中所述RNA聚合酶sigma-32因子变体是在野生型RNA聚合酶sigma-32因子的M28、Y71、D77、K88和I239的位置上被其他天然氨基酸替换。
3.权利要求2所述的发酵方法，其中所述替换选自M28V、Y71S、D77A、K88N和I239F。
4.权利要求2所述的发酵方法，其中所述RNA聚合酶sigma-32因子变体的氨基酸序列如SEQ ID No：1所示。
5.权利要求2所述的发酵方法，其中所述RNA聚合酶sigma-32因子变体是由如SEQ ID No：2所示的核苷酸序列编码的。
6.权利要求1所述的发酵方法，其中所述多核苷酸是通过穿梭质粒导入产L-谷氨酸的菌的。
7.权利要求1所述的发酵方法，其中所述菌是棒状杆菌。
8.权利要求7所述的发酵方法，其中所述发酵条件的发酵温度为28-35℃，优选为29-33℃，更优选为30-32℃，如30℃。
9.权利要求1所述的发酵方法，其中所述发酵条件的培养基包含糖、NH4Cl、CaCl2、KH2PO4、蛋白胨、MgSO4·7H2O、FeSO4·7H2O、MnSO4·7H2O、生物素、盐酸硫胺素和氯霉素。
10.RNA聚合酶sigma-32因子变体及其编码基因。
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