CN105586283A - 大肠埃希氏菌ypc-sa-1及其应用 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一株快速适应工业级原料培养基生长产丁二酸大肠杆菌及其应用,其分类命名为埃希氏菌属大肠埃希氏菌(<i>?Escherichia?coli</i>)YPC-SA-1,其保藏编号为CCTCC?NO:M?2014178。本发明还公开了上述大肠杆菌在工业级原料培养生长的应用。本发明的菌株在有氧条件下,能较快地适应工业级原料生长环境,利用其营养成分进行生长,延滞期为7-8?h,与分析级原料培养条件下几乎相同。相对于出发菌株,菌株在工业级合成培养基延滞期缩短12?h,有氧培养时间缩短15h。该突变株YPC-SA-1为工业化高效率发酵产丁二酸奠定了基础。
Description
技术领域
本发明属于工业微生物育种及其发酵技术领域,涉及一种大肠埃希氏菌YPC-SA-1及其应用。
背景技术
丁二酸,又名琥珀酸,是一种常见的天然有机酸,广泛存在于人体、动物、植物和微生物中。丁二酸作为TCA循环的中间产物以及厌氧代谢的终端还原产物之一,在生物代谢过程中占有非常重要的地位。近年来的研究结果表明丁二酸还可以作为C4平台化合物合成1,4-丁二醇、四氢呋喃、γ-丁内酯等大宗化学品以及合成聚丁二酸丁二醇酯(PBS)类生物可降解聚酯。
近年来,随着化石资源的日益枯竭和环境问题的日益严重,采用生物法制备丁二酸备受瞩目。生物合成丁二酸,是利用细菌,真菌等各种微生物,以葡萄糖或其他各种水解液为碳源,经微生物发酵生产丁二酸。
发酵菌株是丁二酸生物合成的关键点之一,多数细菌和真菌都能产生丁二酸,但是只有部分菌株可产生高浓度的丁二酸,丁二酸工业生产菌包括一些丙酸盐生产菌、典型的胃肠细菌以及瘤胃细菌。目前,丁二酸工业发酵菌株的研究主要集中在产丁二酸厌氧螺菌(Anaerobiospirillumsucciniciproducens),产丁二酸放线杆菌(Actinobacillussuccinogenes),谷氨酸棒杆菌(Corynebacteriumglutamicum)和大肠杆菌(Escherichiacoli)等。其中Escherichiacoli由于遗传背景清楚,基因操作简单,生长速度快,易调控以及所用培养基较为廉价,近年来成为生物法制备丁二酸的研究热点。
大肠杆菌作为兼性厌氧菌,其有氧条件下的比生长速率及细胞密度均高于厌氧,因此采用先有氧快速获得高密度的菌体细胞,进而厌氧发酵生产丁二酸的两阶段发酵模式可以大幅度提高丁二酸的生产速率。针对两阶段发酵过程中大肠杆菌代谢途径进行分析,发现理论上在不添加额外电子受体的条件下,重组大肠杆菌的收率可达到理论最大值1.12g/g,高于专一性厌氧发酵时的理论收率。而且,两阶段发酵过程可分别针对有氧生长和厌氧产酸阶段进行分阶段调控,更有利于丁二酸的生产。
中国专利CN201210138292.6公开了一种产丁二酸的大肠杆菌BER108(公开号102643770A,保藏编号CCTCCNO:2012068)。然而,在实际应用中申请人发现,在菌株有氧培养生长阶段,其生长情况在以工业级原料配置的培养基中明显慢于以分析级原料配制的培养基,表现为延滞期较长,总的有氧培养时间也较长。在工业化生产过程中,采用分析级原料进行生产不具有可行性,而采用工业级原料则需要更长的培养时间,从而增加人力、能耗等,最终导致产品成本的增加,因而不利于实际的工业化生产。通过改良菌株,使其可以在有氧条件下快速适应工业级原料,缩短有氧培养时间,在今后的丁二酸工业中具有举足轻重的作用。
发明内容
本发明要解决的技术问题在于提供一种大肠埃希氏菌,能够在有氧生长阶段快速适应并利用工业级原料配制的合成培养基生长,缩短延滞期和总的有氧培养时间,达到在分析级原料培养基的生长水平。
为了解决上述技术问题,本发明采用的技术方案如下:
一种大肠埃希氏菌(Escherichiacoli)YPC-SA-1,其保藏编号为:CCTCCNO:M2014178。
本发明所述的大肠埃希氏菌EscherichiacoliYPC-SA-1的筛选方法,将大肠杆菌的出发菌株EscherichiacoliBER108(保藏编号CCTCCNO:2012068)经等离体诱变后,利用工业级原料配置的合成培养基平板筛选得到能够在有氧条件下生长快速的菌株,再经过5LNBS发酵罐筛选获得可以快速适应并利用工业级原料生长的目标菌株。
具体步骤如下:
1)等离子诱变:将大肠杆菌原始菌株BER108在试管中活化,37℃,200r/min,过夜培养;得到的菌液用无菌生理盐水稀释至OD 600 =1.0,滴加在无菌载片上,用无菌风吹干;以氦气为放电气体,以80~120W为射频功率,以10~30SLM作为气体流量,以10~30s为辐照时间,对菌株进行等离子体诱变;
2)合成培养基平板初筛:将诱变后的载片置于装有1mL的生理盐水的具塞试管中,剧烈震荡,将载片上的菌液洗脱,稀释成不同的浓度涂布于合成培养基平板上,37℃有氧培养12h;挑选生长较大,较为饱满的菌落;
3)合成培养基平板复筛:将步骤2)中筛选到的菌株在合成培养基上反复转点培养,37℃有氧培养12h,挑选生长较大,较为饱满的菌落;
4)有氧摇瓶发酵筛选:将步骤3)中筛选出的菌株接种到种子培养基中扩大培养,37℃,200r/min,培养12h,然后在合成培养基中有氧生长,接种量为3%(v/v),37℃,200r/min,培养12h;考察步骤3)中筛选出的菌落中筛选出生长速度快的菌株。
在上述筛选方法中,步骤1)中所述的等离子体诱变方法中,选择100W为射频功率,20SLM为气体流量,15s为辐照时间。
在上述筛选方法中:
种子培养基为:蛋白胨10g/L,酵母粉5g/L,NaCl5g/L。
合成培养基为:柠檬酸3g/L,Na2HPO4·12H2O4g/L,KH2PO48g/L,(NH4)2SO40.75g/L,NH4Cl0.2g/L,MgSO4·7H2O1g/L,CaCl2·2H2O10.0mg/L,ZnSO4·7H2O0.5mg/L,CuCl2·2H2O0.25mg/L,MnSO4·H2O2.5mg/L,CoCl2·6H2O1.75mg/L,H3BO30.12mg/L,Al2(SO4)31.77mg/L,Na2MoO4·2H2O0.5mg/L,柠檬酸铁16.1mg/L,维生素B120mg/L,生物素2mg/L,葡萄糖30~40g/L,25%-28%氨水调节pH在6.8-7.0。所述原料为工业级原料。
固体平板培养基为:柠檬酸3g/L,Na2HPO4·12H2O4g/L,KH2PO48g/L,(NH4)2HPO48g/L,(NH4)2SO40.75g/L,NH4Cl0.2g/L,MgSO4·7H2O1g/L,CaCl2·2H2O10.0mg/L,ZnSO4·7H2O0.5mg/L,CuCl2·2H2O0.25mg/L,MnSO4·H2O2.5mg/L,CoCl2·6H2O1.75mg/L,H3BO30.12mg/L,Al2(SO4)31.77mg/L,Na2MoO4·2H2O0.5mg/L,柠檬酸铁16.1mg/L,维生素B120mg/L,生物素2mg/L,葡萄糖10g/L,琼脂15g/L。所述原料为工业级原料。
本发明还提供上述的大肠埃希氏菌YPC-SA-1在工业级原料配置的合成培养基生长的方法。
该方法的具体步骤为:
(1)平板培养:将大肠埃希氏菌YPC-SA-1接种在平板培养基上有氧培养,培养温度为37℃,培养时间为12h;
(2)种子培养:将平板培养的大肠埃希氏菌YPC-SA-1接种到种子培养基中,培养温度为37℃,200r/min,培养时间为12h;
(3)合成培养基有氧培养:将种子培养液接种到工业级合成培养基中,接种量10%(v/v),5LNBS发酵罐装液量为3L,25%-28%氨水作为pH调节剂,通入压缩空气;培养温度为37°C,200r/min,培养时间为15-30h。
所述平板培养基配方为:蛋白胨10g/L,酵母粉5g/L,NaCl5g/L,琼脂15g/L。
所述种子培养基的配方为:蛋白胨10g/L,酵母粉5g/L,NaCl5g/L。
工业级合成培养基为:柠檬酸3g/L,Na2HPO4·12H2O4g/L,KH2PO48g/L,(NH4)2SO40.75g/L,NH4Cl0.2g/L,MgSO4·7H2O1g/L,CaCl2·2H2O10.0mg/L,ZnSO4·7H2O0.5mg/L,CuCl2·2H2O0.25mg/L,MnSO4·H2O2.5mg/L,CoCl2·6H2O1.75mg/L,H3BO30.12mg/L,Al2(SO4)31.77mg/L,Na2MoO4·2H2O0.5mg/L,柠檬酸铁16.1mg/L,维生素B120mg/L,生物素2mg/L,葡萄糖30g/L,25%-28%氨水调节pH在6.8-7.0。所述原料分别采用工业级或分析级原料。
发明还涉及所述的大肠埃希氏菌YPC-SA-1在厌氧发酵生产丁二酸中的应用。
本发明的有益效果在于:本发明采用等离子体诱变大肠杆菌,利用合成培养基平板,筛选出在有氧条件下能够在工业级原料配置的合成培养基上快速生长,延滞期和有氧培养时间均缩短的菌株。该菌株能在有氧阶段快速生长;在5LNBS罐有氧培养中,延滞期缩短为7-8h,15h左右菌体密度达到了OD 600 =30,而原始出发菌株在该条件下延滞期为19-20h,30h左右菌体密度达到了OD 600 =30,相对于出发菌株,菌株在工业级合成培养基延滞期缩短了12h,有氧培养时间缩短了15h。通过减少有氧培养阶段培养时间,减少了相应的生产成本,为工业化高效率发酵产丁二酸奠定了基础,因此该菌株具有重大的社会意义和经济价值。
附图说明
图1为出发菌株BER108在分析级原料配置的合成培养基有氧生长曲线。
图2为出发菌株BER108在工业级原料配置的合成培养基有氧生长曲线。
图3为大肠杆菌的等离子体诱变存活率曲线。
图4为诱变菌株YPC-SA-1在工业级原料配置的合成培养基有氧生长曲线。
本发明的微生物分类命名为大肠埃希氏菌(Escherichiacoli)YPC-SA-1,保藏日期为2014年5月3日,保藏单位为中国典型培养物保藏中心(地址为:中国.武汉.武汉大学),简称CCTCC,保藏编号为CCTCCNO:M2014178。
具体实施方式
根据以下实施例,可以更好的理解本发明。实施案例中所描述的具体的物料配比,工艺条件及其结果仅用于说明本发明,而不应当也不会限制权利要求书中所详细描述的本发明。
实施例1
本实施例说明将大肠杆菌原始菌株BER108进行第一步等离子体诱变的方法。
原始出发菌株BER108在分析级、工业级原料配置的合成培养基的有氧生长曲线如图1和图2所示,采用分析级原料菌株的生长延滞期<6h,当采用工业级原料时菌株生长延滞期>15h,生长受到明显抑制,因此采用诱变方式对菌株进行选育。
大肠杆菌出发菌株进行第一步等离子体诱变的方法如下:
将大肠杆菌BER108原始菌株(CN102643770A,保藏编号CCTCCNO:M2012068)在LB试管中活化,37℃,200r/min过夜培养;取新鲜培养的细胞稀释至细胞浓度OD600=1.0,滴加在无菌载片上,用无菌风吹干;以氦气为放电气体,以80~120W为射频功率,以10~30SLM作为气体流量,以10~30s为辐照时间,对菌株进行等离子体诱变,如图3所示;诱变后,将载片上的菌膜用1mL的无菌生理盐水洗脱下来,涂布在合成培养基平板上,在厌氧箱中培养。
实施例2
本实例说明筛选优良大肠杆菌的方法。
其中,所使用的培养基配方如下:
固体合成培养基平板:柠檬酸3g/L,Na2HPO4·12H2O4g/L,KH2PO48g/L,(NH4)2HPO48g/L,(NH4)2SO40.75g/L,NH4Cl0.2g/L,MgSO4·7H2O1g/L,CaCl2·2H2O10.0mg/L,ZnSO4·7H2O0.5mg/L,CuCl2·2H2O0.25mg/L,MnSO4·H2O2.5mg/L,CoCl2·6H2O1.75mg/L,H3BO30.12mg/L,Al2(SO4)31.77mg/L,Na2MoO4·2H2O0.5mg/L,柠檬酸铁16.1mg/L,维生素B120mg/L,生物素2mg/L,琼脂15g/L,葡萄糖10g/L。
种子培养基:蛋白胨10g/L,酵母粉5g/L,NaCl5g/L。
合成培养基:柠檬酸3g/L,Na2HPO4·12H2O4g/L,KH2PO48g/L,(NH4)2SO40.75g/L,NH4Cl0.2g/L,MgSO4·7H2O1g/L,CaCl2·2H2O10.0mg/L,ZnSO4·7H2O0.5mg/L,CuCl2·2H2O0.25mg/L,MnSO4·H2O2.5mg/L,CoCl2·6H2O1.75mg/L,H3BO30.12mg/L,Al2(SO4)31.77mg/L,Na2MoO4·2H2O0.5mg/L,柠檬酸铁16.1mg/L,维生素B120mg/L,生物素2mg/L,葡萄糖30g/L,25%-28%氨水调节pH在6.8-7.0。
筛选步骤:
1、合成培养基平板初筛
将诱变后的载片置于装有1mL生理盐水的具塞试管中,剧烈震荡,将载片上的菌体完全洗脱下来,稀释成不同的浓度涂布于合成培养基平板上,37℃有氧培养12h,挑选出挑选生长速度快,较为饱满的菌落。
2、合成培养基平板复筛
将筛选到的菌株在平板上反复转点培养,最终得到了菌株YPC-SA-1、YPC-SA-34、YPC-SA-79、YPC-SA-101、YPC-SA-143、YPC-SA-169、YPC-SA-175、YPC-SA-281和YPC-SA-360显示了较强的生长速率和生长稳定性。
3、发酵罐有氧培养筛选
4、将菌株YPC-SA-1、YPC-SA-34、YPC-SA-79、YPC-SA-101、YPC-SA-143、YPC-SA-169、YPC-SA-175、YPC-SA-281和YPC-SA-360接入种子培养基中扩大培养,37℃,200r/min,培养12h。然后接种到合成培养基中,5LNBS罐装液量为3L,接种量10%(v/v),充入压缩空气,37℃,200r/min,培养15-30h。检测各个菌株菌体密度如表1所示:
表1突变菌株和出发菌株的生长比较
在有氧条件下,出发菌株利用工业级原料配置的合成培养基生长的能力较差,生长速度缓慢,相比于其在分析级原料配置的合成培养基延滞期,但是经ARTP诱变后得到可以在有氧条件快速适应工业级原料配置的合成培养基菌株。经发酵罐有氧生长培养筛选,YPC-SA-1的菌株生长速率较快。
实施例3
本实施例说明突变株YPC-SA-1的传代稳定性。
在合成培养基平板上,将突变株YPC-SA-1多次转点培养,并将得到菌株分别进行发酵验证,实验结果如表2所示:
表2突变株BEW308传代稳定性分析
从实验结果可知,经过8次连续传代,突变株YPC-SA-1的有氧生长情况较为稳定,具有很好的传代稳定性,可作为进一步研究和开发的生产菌种。
实施例4
本实施例说明大肠埃希氏菌EscherichiacoliYPC-SA-1有氧生长培养的工艺。
本实施例所述的培养基配方:
平板培养基:柠檬酸3g/L,Na2HPO4·12H2O4g/L,KH2PO48g/L,(NH4)2HPO48g/L,(NH4)2SO40.75g/L,NH4Cl0.2g/L,MgSO4·7H2O1g/L,CaCl2·2H2O10.0mg/L,ZnSO4·7H2O0.5mg/L,CuCl2·2H2O0.25mg/L,MnSO4·H2O2.5mg/L,CoCl2·6H2O1.75mg/L,H3BO30.12mg/L,Al2(SO4)31.77mg/L,Na2MoO4·2H2O0.5mg/L,柠檬酸铁16.1mg/L,维生素B120mg/L,生物素2mg/L,琼脂15g/L,葡萄糖10g/L。
种子培养基:蛋白胨10g/L,酵母粉5g/L,NaCl5g/L。
合成培养基:柠檬酸3g/L,Na2HPO4·12H2O4g/L,KH2PO48g/L,(NH4)2SO40.75g/L,NH4Cl0.2g/L,MgSO4·7H2O1g/L,CaCl2·2H2O10.0mg/L,ZnSO4·7H2O0.5mg/L,CuCl2·2H2O0.25mg/L,MnSO4·H2O2.5mg/L,CoCl2·6H2O1.75mg/L,H3BO30.12mg/L,Al2(SO4)31.77mg/L,Na2MoO4·2H2O0.5mg/L,柠檬酸铁16.1mg/L,维生素B120mg/L,生物素2mg/L,葡萄糖30g/L,25%-28%氨水调节pH在6.8-7.0。
将大肠埃希氏菌EscherichiacoliYPC-SA-1接种至平板培养基,有氧培养温度37℃,培养时间12h。将平板培养的YPC-SA-1接种到种子培养基中,500mL摇瓶装液量100mL,培养温度37℃,200r/min,培养时间12h;将种子接种到合成培养基中,接种量3%(v/v),5LNBS发酵罐装液量30mL,25%-28%氨水作为pH调节剂调节pH为7.0,充入压缩空气,培养温度为37℃,200r/min,培养时间为15h,其培养过程生长曲线如图4所示。
Claims (6)
1.一种大肠埃希氏菌(Escherichiacoli)YPC-SA-1,其保藏编号为:CCTCCNO:M2014178。
2.权利要求1所述的大肠埃希氏菌(Escherichiacoli)YPC-SA-1利用工业级合成培养基有氧生长的方法,包括如下步骤:
(1)平板培养:将大肠埃希氏菌YPC-SA-1接种在平板培养基上有氧培养,培养温度为37°C,培养时间为12h;
(2)种子培养:将平板培养的大肠埃希氏菌YPC-SA-1接种到种子培养基中,培养温度为37°C,200r/min,培养时间为12h;
(3)合成培养基有氧生长:将种子培养液接种到工业级合成培养基中,接种量10%,5LNBS发酵罐装液量为3L,25%-28%氨水作为pH调节剂,通入压缩空气;培养温度为37°C,200r/min,培养时间为15-30h。
3.根据权利要求2所述的方法,其特征在于,所述平板培养基配方为:蛋白胨10g/L,酵母粉5g/L,NaCl5g/L,琼脂15g/L。
4.根据权利要求3所述的方法,其特征在于,所述种子培养基的配方为:蛋白胨10g/L,酵母粉5g/L,NaCl5g/L。
5.根据权利要求2所述的方法,其特征在于,所述工业级合成培养基,其配方为:柠檬酸3g/L,Na2HPO4·12H2O4g/L,KH2PO48g/L,MgSO4·7H2O1g/L,(NH4)2SO40.75g/L,NH4Cl0.2g/L,CaCl2·2H2O10.0mg/L,ZnSO4·7H2O0.5mg/L,CuCl2·2H2O0.25mg/L,MnSO4·H2O2.5mg/L,CoCl2·6H2O1.75mg/L,H3BO30.12mg/L,Al2(SO4)31.77mg/L,Na2MoO4·2H2O0.5mg/L,柠檬酸铁16.1mg/L,维生素B120mg/L,生物素2mg/L,葡萄糖30g/L,以25%-28%的氨水调节pH在6.8-7.0。
6.权利要求1所述的大肠埃希氏菌(Escherichiacoli)YPC-SA-1在厌氧发酵生产丁二酸中的应用。
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Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
C06 | Publication | ||
PB01 | Publication | ||
C10 | Entry into substantive examination | ||
SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
WD01 | Invention patent application deemed withdrawn after publication |
Application publication date: 20160518 |
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WD01 | Invention patent application deemed withdrawn after publication |