CN113789269B - 一种发酵产咪唑立宾的正青霉菌株及其应用 - Google Patents
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Abstract
本发明属于微生物发酵技术领域,具体涉及一种发酵产咪唑立宾A的正青霉菌株,并进一步公开其发酵产咪唑立宾的应用。本发明通过常压室温等离子体诱变技术筛选得到一株高产咪唑立宾的正青霉菌FIM‑E‑UN41‑18(Penicillium brefeldianum),其能够发酵高产咪唑立宾。在发酵实验中,所述正青霉菌FIM‑E‑UN41‑18发酵产咪唑立宾的效价高达1907μg/mL,大幅度提高了咪唑立宾的产量,可实现工业化发酵生产。而且,本发明筛选的菌株FIM‑E‑UN41‑18稳定性良好,连续传代五代其产咪唑立宾效价基本稳定,维持在同一较高水平,能够作为进一步研究和开发的生产菌株。
Description
技术领域
本发明属于微生物发酵技术领域,具体涉及一种发酵产咪唑立宾A的正青霉菌株,并进一步公开其发酵产咪唑立宾的应用。
背景技术
咪唑立宾(mizoribine,MZ)是1971年从霉菌的培养液中分离而得的新型免疫抑制剂,能通过特异性地抑制快速增长的淋巴细胞的分裂和增殖产生免疫抑制作用。咪唑立宾于1991年起在日本应用于临床肾移植,日本许多临床移植中心已将咪唑立宾作为肾移植后的常规免疫抑制药物,我国亦将其作为肾移植抗排斥药广泛应用于临床。据报道,咪唑立宾可用于治疗狼疮性肾炎、类风湿性关节炎、肾病综合征及系统性红斑狼疮等自身免疫性疾病,且有研究报道其对丙型肝炎有明显治疗效果。
目前,国内外生产咪唑立宾的方法主要有化学合成法和微生物发酵法。其中,化学合成咪唑立宾反应步骤多、合成条件苛刻、合成周期长、且产物总收率低,造成生产成本居高不下;微生物发酵生产咪唑立宾系一条经济环保的生产途径,具有生产过程绿色环保的优势,但是,目前分离和筛选到的可用于发酵生产咪唑立宾的菌株存在生物合成能力低或发酵水平不稳定的问题,不具备产业化价值。
目前,针对咪唑立宾发酵菌株改良的选育技术主要采用的是传统选育方法,即紫外诱变结合化学诱变剂等育种手段,已取得一定的效果。如申请人在先前研究中对发酵产咪唑立宾的正青霉菌野生菌E-0509-2进行UV+NTG复合诱变筛选,进而获得诱变菌株E-UN41,其遗传性状相对稳定,发酵水平较出发菌株提高了13倍。该菌株虽然以分子生物学为基础的基因组重排定向构建功能细胞株提供了广阔前景,但要真正实现以这些功能细胞培养来达到改造目标却极其困难;并且由于微生物体内代谢网络的复杂性和多结点性,基因操作后菌株的代谢流往往并不朝着预期设计的方向转移,通常要想得到优良的工业生产菌株难度较大。
常压室温等离子体育种技术(ARTP)是一种微生物基因组快速突变技术,其产生的等离子体富含各种化学活性粒子,对菌株细胞产生遗传物质的损伤、引起细胞膜通透性和蛋白质结构的改变等多重作用,细胞启动SOS修复机制,在修复过程中产生种类丰富的错配位点,该方法突变率高,已在多种工业微生物的菌种选育中得到成功运用。
有鉴于此,如何筛选获得遗传性状稳定且能够高效发酵产咪唑立宾的优良菌株对于咪唑立宾的工业化生产及应用具有积极的意义。
发明内容
为此,本发明所要解决的技术问题在于提供一种发酵产咪唑立宾的正青霉菌株,以解决现有技术中咪唑立宾的发酵菌株性能不理想的问题;
本发明所要解决的第二个技术问题在于提供上述正青霉菌株发酵生产咪唑立宾的应用。
为解决上述技术问题,本发明所述的一种正青霉菌株,其分类命名为正青霉菌Penicillium brefeldianum FIM-E-UN41-18,已保藏于广东省微生物菌种保藏中心,地址为广东省广州市越秀区先烈中路100号大院院实验大楼5楼,保藏编号为GDMCC No.61808,保藏日期为2021年07月14日。
本发明还公开了所述正青霉菌株在发酵生产咪唑立宾中的应用。
本发明还公开了一种发酵生产咪唑立宾的方法,包括将所述正青霉菌株接种于适宜的发酵培养基中进行发酵培养的步骤。
具体的,所述发酵培养基包括如下质量含量的组分:可溶性淀粉3-4wt%、甘油0.1-1wt%、黄豆粉2-3wt%、麸质粉1-1.5wt%、玉米桨1-1.5wt%、KNO3 0.01-0.02wt%、余量为水,pH7.0。
优选的,所述发酵培养基包括如下质量含量的组分:可溶性淀粉3.5wt%、甘油0.5wt%、黄豆粉2.5wt%、麸质粉1.2wt%、玉米桨1.2wt%、KNO3 0.01wt%、余量为蒸馏水,pH7.0,121℃高压蒸汽灭菌30min。
具体的,所述发酵培养步骤的条件包括:控制转速100-250r/min,于24-30℃进行发酵培养96-108h。
具体的,所述发酵生产咪唑立宾的方法,还包括将所述正青霉菌株接种于种子培养基中进行种子液培养的步骤;
所述种子培养基包括如下质量含量的组分:可溶性淀粉1-2wt%、葡萄糖0.5-2wt%、黄豆粉0.1-0.3wt%、麦芽粉0.5-0.8wt%、酵母粉0.2-0.5wt%、NaCl 0.1-0.3wt%、MgSO4.7H2O 0.05-0.2wt%、CaCO3 0.1-0.3wt%、余量为水,pH7.0。
优选的,所述种子培养基包括如下质量含量的组分:可溶性淀粉1.5wt%、葡萄糖1wt%、黄豆粉0.2wt%、麦芽粉0.6wt%、酵母粉0.3wt%、NaCl 0.2wt%、MgSO4.7H2O0.1wt%、CaCO3 0.2wt%、余量为蒸馏水,pH7.0,121℃高压蒸汽灭菌30min。
具体的,所述种子液培养步骤的条件包括:控制转速150-250rpm,于24-30℃进行种子液培养36-48h。
具体的,所述发酵生产咪唑立宾的方法,还包括将所述正青霉菌株接种于斜面培养基中进行活化的步骤;
所述斜面培养基为包括如下质量含量的组分:马铃薯15-25wt%、葡萄糖1-3wt%、琼脂2.0wt%,pH自然。
优选的,所述斜面培养基为PDA培养基,包括如下质量含量的组分:马铃薯20wt%、葡萄糖2wt%、琼脂2.0wt%,pH自然。
具体的,所述斜面培养基活化步骤的条件包括:于24-30℃进行恒温培养8-12d。
本发明通过常压室温等离子体诱变技术筛选得到一株高产咪唑立宾的正青霉菌FIM-E-UN41-18(Penicillium brefeldianum),其能够发酵高产咪唑立宾。在发酵实验中,所述正青霉菌FIM-E-UN41-18发酵产咪唑立宾的效价高达1907μg/mL,大幅度提高了咪唑立宾的产量,可实现工业化发酵生产。而且,本发明筛选的菌株FIM-E-UN41-18稳定性良好,连续传代五代其产咪唑立宾效价基本稳定,维持在同一较高水平,能够作为进一步研究和开发的生产菌株。
附图说明
为了使本发明的内容更容易被清楚的理解,下面根据本发明的具体实施例并结合附图,对本发明作进一步详细的说明,其中,
图1为诱变实验中ARTP射流时间与致死率的关系曲线;
图2本发明所述菌株FIM-E-UN41-18的进化树。
具体实施方式
本发明中青霉菌FIM-E-UN41-18是采用常压室温等离子体诱变技术筛选得到的菌株,该菌株能够发酵生产咪唑立宾,且产量优异。
本发明下述实施例中,涉及的培养基包括:
分离平板培养基、斜面培养基及PDA培养基包括如下质量含量的组分:马铃薯20%、葡萄糖2%、琼脂2.0%、余量为蒸馏水补足,pH自然,121℃高压蒸汽灭菌20min;
种子培养基包括如下质量含量的组分:可溶性淀粉1.5%、葡萄糖1%、黄豆粉0.2%、麦芽粉0.6%、酵母粉0.3%、NaCl 0.2%、MgSO4.7H2O 0.1%、CaCO3 0.2%、余量为蒸馏水,pH7.0,121℃高压蒸汽灭菌30min;
发酵培养基包括如下质量含量的组分:可溶性淀粉3.5%、甘油0.5%、黄豆粉2.5%、麸质粉1.2%、玉米桨1.2%、KNO3 0.01%、余量为蒸馏水,pH7.0,121℃高压蒸汽灭菌30min。
本发明下述实施例中,所述咪唑立宾含量的检测采用高效液相色谱法,其方法:取10mL发酵液离心,过微孔滤膜后获发酵上清液,取20μL进行HPLC检测。色谱条件:Lichrospher NH2(4.6mm×250mm,5μm,Hanban sci.&Tech.)色谱柱,检测波长210nm,以70mmol/LKH2PO4缓冲液(用H3PO4调pH2.5):乙腈=30:70(V/V)为流动相,流速1.0mL/min,柱温:25℃。以咪唑立宾标准品为对照品,根据样品峰面积/标准液峰面积×标准液浓度×稀释倍数计算效价,发酵效价取3次平均值。
实施例1菌株FIM-E-UN41-18的获得
以保存的遗传性状相对稳定的正青霉菌E-UN41菌株为出发菌株,并将该菌株转接至斜面培养基上,并于恒温培养箱中培养10d,且培养温度为26℃;之后用生理盐水洗下斜面培养基上的孢子,玻璃珠打散,经纱布过滤,制成106个/mL的孢子悬液;
用移液枪吸取10μL上述制得的孢子悬液于直径为1cm的圆形铁片上,置于以氦气作为工作气体、电源功率为110W、工作气流量10L/min的常压室温等离子体诱变系统中,且处理距离为2mm,分别处理5s、10s、15s、30s、45s、60s、75s、90s,将处理后的孢子悬液进行梯度稀释涂平板,制作致死率曲线(如图1所示);从中可以看出,诱变处理剂量与菌株FIM-31菌株致死率之间存在明显的剂量效应关系,随着处理时间的延长,致死率逐渐升高;
根据上述致死率曲线,选择30s、75s两个不同致死剂量的照射时间,对菌株E-UN41的孢子悬液进行等离子体诱变;并将前述两个不同处理时间的孢子悬液混合于装有生理盐水的试管中,混合均匀,得诱变孢子悬液,备用。
将上述所得诱变孢子悬液进行梯度稀释,稀释度分别为10-1、10-2、10-3、10-4、10-5、10-6,选取10-4、10-5、10-6三个稀释度的孢子悬液,分别涂布于分离平板培养基上,于28℃避光培养10d。
将各个分离平板上长出的单菌落转接斜面培养基上培养10天后,以1%的接种量接种于种子培养基中,于26℃、230r/min条件下培养46-50h后得种子液;以2%的接种量将种子液接种于发酵培养基中,于26℃、230r/min条件下培养3-6d,得发酵液。
取所得发酵液适量,于4000r/min离心20min获上清液,利用高效液相色谱法测定咪唑立宾的产量,通过此方法即筛选出产咪唑立宾量最大的菌株,为了方便描述,将筛选所得的菌株命名为菌株FIM-E-UN41-18,且菌株FIM-E-UN41-18于20%甘油中保存。
实施例2菌株FIM-E-UN41-18的鉴定
生理生化特性鉴定
将获得的菌株FIM-E-UN41-18在PDA培养基平板上划线涂菌并插入盖玻片,26℃培养7-20d,用光学显微镜、透射和扫描电子显微镜观察单菌落的形态特征及其菌丝。
得到该菌株FIM-E-UN41-18的主要形态及生理生化特性如下:在平板上,菌落圆形,中心呈皱褶,早期为白色,成熟后中央呈灰绿色,表面绒毛状,基内菌丝为黄褐色,不产可溶性色素;镜下观察见分生孢子梗有横隔,顶端无膨大的顶囊,有扫帚状的分枝,孢子着生于孢子梗,小梗顶端分生孢子成串,分生孢子近球形,大小(2.7-2.3)μm×(2.1-1.7)μm。此菌株为高耗氧菌,最适生长温度为24-28℃,最适生长pH为6.0-7.5;在摇床转速为200-250r/min,培养3-6d时,咪唑立宾产量最高,发酵过程中溶氧对咪唑立宾的产生具有显著作用。
分子生物学鉴定
对菌株FIM-E-UN41-18的ITS序列进行测序,并将所测菌株的ITS序列与GenBank数据库中已有序列进行比对,及进行同源性分析;在LPSN(http://www.bacterio.cict.fr)网站上选取相应的模式株ITS基因序列,系统进化分析用CLUSTAL-X软件进行比对,生成的比对文件用MEGA软件邻接法进行系统进化分析,拓扑分析为1000次重复取样的结果;通过ITS序列分析表明,菌株FIM-E-UN41-18与布雷正青霉菌(Penicillium brefeldianum)的序列同源性为98.95%。
综合上述形态、生理生化特征与分子生物学鉴定,最终确定菌株FIM-E-UN88-26为正青霉菌(Penicilliumbrefeldianum)菌属,其分类命名为正青霉菌(Penicilliumbrefeldianum)FIM-E-UN41-18,已保藏于广东省微生物菌种保藏中心,地址为广东省广州市越秀区先烈中路100号大院院实验大楼5楼,保藏编号为GDMCC No.61808,保藏日期为2021年07月14日。
实施例3菌株FIM-E-UN41-18的遗传稳定性验证
将上述筛选的高产咪唑立宾的菌株FIM-E-UN41-18连续培养传代(F1、F2、F3、F4、F5、F6),经500mL摇瓶发酵后测定发酵效价,以生长良好的原代菌株(F0)为对照,结果见如下表1。
表1传代对菌株FIM-E-UN41-18产咪唑立宾的影响
菌株代数 | F0 | F1 | F2 | F3 | F4 | F5 | F6 |
相对效价(%) | 100 | 100.9 | 100.3 | 99.8 | 99.3 | 98.5 | 90.2 |
由上表1可知,本发明筛选的菌株FIM-E-UN41-18传五代发酵水平无明显影响,其咪唑立宾效价基本稳定,维持在同一较高水平;从而表明菌株FIM-E-UN41-18具有较好的遗传稳定特性。
实施例4出发菌株E-UN41发酵咪唑立宾
菌株E-UN41的活化:将采用甘油保存的菌株E-UN41转接至斜面培养基上,并于恒温培养箱中培养8-12d,且培养温度为26℃。
制备E-UN41种子液:将上述菌株E-UN41活化所得的单菌落接种于种子培养基(500mL三角瓶内装80mL种子培养基)中,于26℃、250r/min条件下培养36h,得种子液。
发酵培养:将制得的种子液以2%(v/v)接种量接种于发酵培养基(500mL三角瓶内装80mL发酵培养基)中,于26℃、230r/min条件下发酵培养108h,之后将所得发酵液进行检测。
检测结果显示,三批菌株E-UN41摇瓶发酵咪唑立宾的产量分别为873μg/mL、825μg/mL及862μg/mL。
实施例5诱变菌株FIM-E-UN41-18发酵生产咪唑立宾
菌株FIM-E-UN41-18的活化:将采用甘油保存的菌株FIM-E-UN41-18转接至斜面培养基上,并于恒温培养箱中培养8-12d,且培养温度为26℃。
制备FIM-E-UN41-18种子液:将菌株FIM-E-UN41-18活化所得的单菌落接种于种子培养基(500mL三角瓶内装80mL种子培养基)中,于26℃、230r/min条件下培养36-48h,得种子液。
发酵培养:将制得的种子液以2%(v/v)接种量接种于发酵培养基(500mL三角瓶内装80mL发酵培养基)中,于26℃、230r/min条件下发酵培养108h,之后将所得发酵液进行检测。
三批检测结果显示,菌株FIM-E-UN41-18摇瓶发酵的咪唑立宾产量分别为1689μg/mL、1762μg/mL及1725μg/mL。
实施例6诱变菌株FIM-E-UN41-18发酵生产咪唑立宾
摇瓶种子培养:将上述菌株FIM-E-UN41-18菌苔接种于种子培养基(1000mL三角瓶内装200mL种子培养基)中,于26℃、200r/min条件下培养40h,得摇瓶种子液。
种子罐种子培养:将摇瓶种子液按0.5%量接种于种子培养基(100L罐内装60L种子培养基)中,于培养温度26℃、罐压0.05MPa、空气流量1:0.8-1vvm、搅拌速度为150-200r/min条件下培养36h,得种子罐种子液。
发酵罐发酵培养:将制得的种子液以5%(v/v)接种量接种于发酵培养基(1吨罐内装700L发酵培养基)中,于培养温度26℃、罐压0.05MPa、空气流量1:0.8-1.5vvm、搅拌速度为100-250r/min,过程控制溶氧不低于30%,发酵培养96h,放罐将所得发酵液进行检测。
检测结果显示,三批发酵生产的咪唑立宾产量分别为1838μg/mL、1907μg/mL及1863μg/mL,进一步证明,本发明筛选菌株可以高效发酵咪唑立宾。
进一步的,本发明目标菌种即菌株FIM-E-UN41-18产咪唑立宾经多次发酵验证,其发酵水平最终维持在1689mg/L以上,所以诱变菌株FIM-E-UN41-18(Penicilliumbrefeldianum)能够作为进一步研究和开发的生产菌株。
综上,本发明提供的正青霉菌FIM-E-UN41-18(Penicillium brefeldianum),其能够发酵高产咪唑立宾,并大幅度提高了咪唑立宾的产量,能够应用于工业化发酵生产;且该菌株FIM-E-UN41-18稳定性良好,连续传代五代其产咪唑立宾效价基本稳定,维持在同一较高水平,能够作为进一步研究和开发的生产菌株。
显然,上述实施例仅仅是为清楚地说明所作的举例,而并非对实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说,在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。而由此所引伸出的显而易见的变化或变动仍处于本发明创造的保护范围之中。
Claims (9)
1.一种正青霉菌株,其命名为正青霉菌Penicillium brefeldianum FIM-E-UN41-18,已保藏于广东省微生物菌种保藏中心,保藏编号为GDMCC No.61808,保藏日期为2021年07月14日。
2.权利要求1所述正青霉菌株在发酵生产咪唑立宾中的应用。
3.一种发酵生产咪唑立宾的方法,其特征在于,包括将权利要求1所述正青霉菌株接种于适宜的发酵培养基中进行发酵培养的步骤。
4.根据权利要求3所述发酵生产咪唑立宾的方法,其特征在于,所述发酵培养基包括如下质量含量的组分:可溶性淀粉3-4wt%、甘油0.1-1wt%、黄豆粉2-3wt%、麸质粉1-1.5wt%、玉米浆1-1.5wt%、KNO3 0.01-0.02wt%、余量为水,pH7.0。
5.根据权利要求4所述发酵生产咪唑立宾的方法,其特征在于,所述发酵培养步骤的条件包括:控制转速100-250r/min,于24-30℃进行发酵培养96-108h。
6.根据权利要求3-5任一项所述发酵生产咪唑立宾的方法,其特征在于,还包括将权利要求1所述正青霉菌株接种于种子培养基中进行种子液培养的步骤;
所述种子培养基包括如下质量含量的组分:可溶性淀粉1-2wt%、葡萄糖0.5-2wt%、黄豆粉0.1-0.3wt%、麦芽粉0.5-0.8wt%、酵母粉0.2-0.5wt%、NaCl 0.1-0.3wt%、MgSO4.7H2O 0.05-0.2wt%、CaCO30.1-0.3wt%、余量为水,pH7.0。
7.根据权利要求6所述发酵生产咪唑立宾的方法,其特征在于,所述种子液培养步骤的条件包括:控制转速150-250rpm,于24-30℃进行种子液培养36-48h。
8.根据权利要求3-5任一项所述发酵生产咪唑立宾的方法,其特征在于,还包括将权利要求1所述正青霉菌株接种于斜面培养基中进行活化的步骤;
所述斜面培养基为包括如下质量含量的组分:马铃薯15-25wt%、葡萄糖1-3wt%、琼脂2.0wt%,自然pH。
9.根据权利要求8所述发酵生产咪唑立宾的方法,其特征在于,所述斜面培养基活化步骤的条件包括:于24-30℃进行恒温培养8-12d。
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