CN114854645B - 一种适合沙雷氏菌l-鼠李糖诱导表达系统的应用培养基和培养方法 - Google Patents
一种适合沙雷氏菌l-鼠李糖诱导表达系统的应用培养基和培养方法 Download PDFInfo
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Abstract
本发明公开了一种适合沙雷氏菌L‑鼠李糖诱导表达系统的应用培养基和培养方法,所述应用培养基是在基础培养基中加入NaOH蚀刻的6系铝合金、透性化学试剂和L‑鼠李糖配制而成。本发明利用NaOH蚀刻的6系铝合金切割去除沙雷氏菌表面的多糖糖被,提高鼠李糖扩散进细胞内的效率;透性化学试剂改善细胞被膜的通透性,诱导物鼠李糖的细胞内扩散运输,快速提高细胞内的鼠李糖浓度,诱导表达系统发挥功能。而且本发明结合双温变温‑重复循环培养法,兼顾沙雷氏菌中鼠李糖诱导系统的有效性和高效性,使鼠李糖使用浓度从20g/L降低到了2~10g/L,同时缩短了诱导培养时间,在沙雷氏菌鼠李糖诱导系统广泛化和规模化生产应用方面具有能够降低人力物力和资源消耗成本的潜力。
Description
技术领域
本发明属于微生物技术邻域,具体涉及一种沙雷氏菌的诱导型培养基和培养方法。
背景技术
沙雷氏菌属肠杆菌目耶尔森氏菌科沙雷氏菌属,是一类环境广泛分布的革兰氏阴性细菌,具有产生丰富代谢产物的能力,同时具有条件致病性,是引起医院内感染的主要病原体之一。近年来沙雷氏菌因为上述特性而成为研究热点。现有的以大肠杆菌E.coli为模式的研究技术虽然可以转用到沙雷氏菌研究中,但是由于沙雷氏菌具有其本身的独特性,需要对这些研究技术进行改造升级。其中在沙雷氏菌中可控的诱导基因表达技术具有重要应用意义。
目前常用的革兰氏阴性细菌诱导型启动子有乳糖诱导启动子pLac、阿拉伯糖诱导型启动子paraB、四环素诱导型启动子ptet和鼠李糖诱导启动子prhaB。诱导物乳糖和阿拉伯糖可被宿主细胞代谢利用,难以保持稳定诱导浓度,当细胞生长尤其是高密度细胞发酵的情况下必需随后多次加入大量诱导物,提高了生产成本,此外这些化合物的代谢物其后可能对培养物产生毒害作用。人工诱导物异丙基-β-D-硫代半乳糖苷(IPTG)和脱水四环素(aTC)虽然不能被代谢并由此保证了长期诱导,但是人工合成诱导物非常昂贵并在一些情况下对生物体生长具有不利影响,这使得大规模到工业规模的应用很不经济。
在大肠杆菌中的鼠李糖诱导表达系统,L-鼠李糖通过转运蛋白(RhaT)摄取到细胞中,通过异构酶(RhaA)转换成L-鼠李酮糖(L-rhamnulose),然后L-鼠李酮糖进一步通过鼠李酮糖1-磷酸酶(RhaB)磷酸化并由醛缩酶(RhaD)水解产生磷酸二羟丙酮和乳醛。基因rhaBAD组成操纵子并在已知的rhaPBAD启动子辅助下转录。鼠李糖系统与其他系统相比区别在于调节需要两个激活因子RhaS和RhaR,这两者组成转录单位并以与rhaBAD相反的方向转录。当L-鼠李糖存在时,RhaR结合rhaPRS启动子并起始其自身表达和RhaS的表达。RhaS一旦由L-鼠李糖活化,接下来作为效应物结合rhaPBAD启动子和rhaT基因的独立rhaPT启动子并活化结构基因的转录。两激活因子的联合造成rhaPBAD启动子异常严格的转录表达控制。阿拉伯糖诱导型araB启动子和鼠李糖诱导型rhaPBAD启动子的比较表明后者受控于更加严格的调节并在无诱导物鼠李糖条件下真正表现出零表型。
虽然鼠李糖诱导表达系统在大肠杆菌中表现优秀,但是在沙雷氏菌中应用时却效率不高。分析成因为:1)沙雷氏菌菌体表面通常包被着多糖,由荚膜多糖和脂多糖组成;2)绝大数沙雷氏菌缺乏L-鼠李糖通过转运蛋白RhaT(197株具有完整基因组序列的沙雷氏菌中,183株菌无rhaT基因),不能有效地摄取鼠李糖到细胞中发挥诱导物作用。
通过文献查找以及生物信息学分析发现,在197株具有完整基因组序列的沙雷氏菌中,183株菌无rhaT基因,只有14株菌具有rhaT基因,可能发挥协助扩散作用,有利于鼠李糖细胞内摄取。其余无rhaT基因的沙雷氏菌将只能依靠鼠李糖的被动扩散摄取,效率低下;同时分析还发现,绝大多数的沙雷氏菌具有荚膜、O-抗原、细菌纤维素,聚N-乙酰葡萄糖胺等细胞外多糖包被,这些细胞包被进一步限制了鼠李糖的胞内运输。
而且实验过程中发现常规培养沙雷氏菌,用鼠李糖诱导系统表达时,在添加表面活性剂的条件下,鼠李糖浓度需高于2%才能发挥作用,这样的诱导浓度对于诱导系统而言是相当高的且无法实现诱导的浓度依赖效应。此外,1千克L-鼠李糖的价格大约1000人民币,试剂级鼠李糖价格更高约8元人民币/克。因此,高的鼠李糖诱导浓度也意味着高的应用成本。改变此状况的方法包括:1)改变沙雷氏菌的基因组遗传背景,给基因组敲入一个鼠李糖转运蛋白rhaT基因。此方法的缺点是应用范围有限,技术难度高,对研究和应用的每一株沙雷氏菌都必须改造,不具有普遍性。2)利用细胞透化技术在不破坏细胞有机整体结构的情况下改善细胞被膜的通透性,增加诱导物鼠李糖的胞内扩散提高胞内浓度。此方法不针对特定菌株,具有普遍性,但是需要优选出试剂种类和使用浓度。
发明内容
本发明的目的是针对现有沙雷氏菌L-鼠李糖诱导表达技术应用中,沙雷氏菌对诱导物鼠李糖胞内摄取不足的问题,发明人在研究了沙雷氏菌包被结构和鼠李糖摄取方式后,提供了一种通过添加纳米处理材料和透性化学试剂,增加细菌透性的沙雷氏菌L-鼠李糖诱导应用培养基(SRIM),及利用其对沙雷氏菌进行鼠李糖诱导培养的方法,以改善沙雷氏菌的鼠李糖摄取状况,降低沙雷氏菌的鼠李糖诱导使用浓度,缩短诱导周期,促进鼠李糖诱导表达系统在沙雷氏菌研究中的广泛应用。
针对上述目的,本发明的适合沙雷氏菌L-鼠李糖诱导表达系统的应用培养基(SRIM)是将液体基础培养基或固体基础培养基高温高压灭菌后自然放冷至60~70℃,再加入NaOH蚀刻的6系铝合金、透性化学试剂和L-鼠李糖配制而成。
上述的液体基础培养基每升加入NaOH蚀刻的6系铝合金45~55g。
进一步的,所述NaOH蚀刻的6系铝合金的制备方法为:将6系铝合金加洗涤剂去除油污,再用超纯水清洗去除洗涤剂,随后用1~5mol/L的NaOH水溶液浸泡30~180分钟,再用超纯水清洗去除NaOH,121℃灭菌15~20分钟。
进一步的,优选所述6系铝合金为直径3~5mm的铝合金小球。
上述的液体基础培养基每升含蛋白胨8~12g、酵母粉0.5~1.5g、氯化钠4~6g、甘油8~12mL,余量为超纯水,pH 6.8~7.2。
上述的固体基础培养基是在每升液体培养基中加入琼脂粉15~20g获得。
上述的透性化学试剂由表面活性剂、金属螯合剂、有机溶剂组成。所述表面活性剂为吐温、Triton-X、CTAB等中任意一种或多种,其加入量为液体基础培养基体积的1%~2%。所述金属螯合剂为EDTA-Na2、EGTA-Na4中任意一种或两种,其在应用培养基中的终浓度为1.5~5μmol/L。所述有机溶剂为甲醇、乙醇、氯仿中任意一种或多种,其加入量为液体基础培养基体积的1%~5%。
上述的液体基础培养基每升加入L-鼠李糖2~10g。
上述的沙雷氏菌为Serratia surfactantfaciens、Serratia marcescens、Serratia plymuthica、Serratia liquefaciens、Serratia rubidaea中任意一种或多种。
本发明沙雷氏菌L-鼠李糖诱导的培养方法为:接种沙雷氏菌于上述的应用培养基中,按28~30℃培养2~2.5小时,接着35~37℃培养2~2.5小时为一个循环,连续进行3个循环共培养12~15小时。
本发明与现有技术相比的有益效果如下:
1.本发明通过在液体/固体基础培养基中加入NaOH蚀刻的6系铝合金,利用蚀刻形成表面纳米结构,可以切割去除沙雷氏菌表面的多糖糖被,提高鼠李糖扩散进细胞内的效率;通过减少酵母粉用量进而减少培养基中生物素含量,增加细菌细胞膜流动性;添加透性化学试剂,包括表面活性剂、金属螯合剂和有机溶剂,在不破坏菌体内部有机结构和不影响菌体生长的浓度范围,改善细胞被膜的通透性,有利于诱导物鼠李糖的细胞内扩散运输,快速提高细胞内的鼠李糖浓度,诱导表达系统发挥功能。
2.本发明结合双温变温-重复循环培养法,在35~37℃较高的温度条件下有利于鼠李糖细胞内扩散运输,在28~30℃适合沙雷氏菌生长繁殖,这种培养方法兼顾保证了沙雷氏菌中鼠李糖诱导系统的有效性和高效性。
3.本发明将沙雷氏菌L-鼠李糖诱导表达系统的鼠李糖使用浓度从20g/L降低到了2~10g/L,同时缩短了诱导培养时间,从24小时到12~15小时,在沙雷氏菌鼠李糖诱导系统广泛化和规模化生产应用方面具有能够降低人力物力和资源消耗成本的潜力。
附图说明
图1是L-鼠李糖诱导表达质粒pEASY-T-RE的图谱。
图2是L-鼠李糖诱导表达质粒pEASY-T-RE表达EGFP各样品的相对荧光强度。
图3是NaOH蚀刻的6063铝合金球表面及附着菌体的扫描电镜图。
图4是L-鼠李糖诱导基因组上毒素基因表达,反向筛选沙雷氏菌无痕基因组编辑菌株原理图。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本发明进一步详细说明,但本发明的保护范围不仅限于这些实施例。
实施例1
制备NaOH蚀刻的6063铝合金球:将市场购买的直径3~5mm的6063铝合金小球加洗涤剂去除油污,再用超纯水多次清洗去除洗涤剂,随后用2mol/L的NaOH水溶液浸泡小球60分钟,再用超纯水多次清洗去除NaOH,121℃灭菌15分钟,获得NaOH蚀刻的6063铝合金球。
配制EDAT-Na2母液:1.68g EDAT-Na2溶于90mL超纯水中,定容到100mL,高压灭菌后,获得45mmol/L的EDAT-Na2储存液。
配制L-鼠李糖储存液:10g L-鼠李糖溶于90mL超纯水中,定容到100mL,利用0.22μm滤器过滤除菌后,获得100g/L的L-鼠李糖储存液。
配制沙雷氏菌L-鼠李糖诱导表达系统的应用培养基:称取10g蛋白胨、1g酵母粉、5g氯化钠、10mL甘油,加入超纯水中,搅拌直至溶解,并用超纯水定容至1L,用盐酸调节pH至7.0,获得液体基础培养基,然后在121℃高温高压灭菌15分钟,自然放冷至60~70℃,加入10mL吐温-80、100μL EDAT-Na2储存液、10mL无水乙醇、50g NaOH蚀刻的6063铝合金球和20mL L-鼠李糖储存液,混合均匀,得到液体应用培养基。
向上述液体基础培养基中加入15g琼脂粉,然后在121℃高温高压灭菌15分钟,自然放冷至60~70℃,加入10mL吐温-80、100μL EDAT-Na2储存液、10mL无水乙醇、50g NaOH蚀刻的6063铝合金球和20mL L-鼠李糖储存液,混合均匀后倒入平板中,自然冷却至常温得到固体应用培养基。
实施例2
实施例1的液体应用培养基诱导质粒表达绿色荧光蛋白EGFP
将鼠李糖诱导表达质粒pEASY-T-RE(图1)采用电转化方法,导入沙雷氏菌Serratia surfactantfaciens yd25(简称yd25)中。卡那抗生素筛选出含质粒的阳性菌株,然后将阳性菌株接种到不同配方的SRIM培养基,其中SRIM-1培养基为实施例1中不添加NaOH蚀刻的6063铝合金球获得的培养基,SRIM-2培养基为实施例1中不添加L-鼠李糖存储液和NaOH蚀刻的6063铝合金球获得的培养基,SRIM-3培养基为实施例1中NaOH蚀刻的6063铝合金球用未蚀刻的6032铝合金圆片替换获得的培养基,SRIM-4培养基为实施例1中NaOH蚀刻的6063铝合金球用NaOH蚀刻的6032铝合金圆片替换获得的培养基,SRIM-5培养基为实施例1的应用培养基;放入温度可程序化调节培养箱中培养,培养程序为:双温变温-重复循环培养,28℃培养2小时,接着37℃培养2小时为一个循环,连续进行3个循环共培养12小时。12小时后,用荧光分光光度计检测绿色荧光蛋白EGFP的荧光强度,来表征基因受到诱导后的表达强度。样品荧光强度=[(SRIM培养基+鼠李糖培养细菌的荧光值)-(SRIM培养基培养细菌的荧光值)]/(SRIM培养基培养细菌的荧光值)。样品荧光强度检测结果见图2,A样品为未接菌的SRIM-1培养基,荧光值为0;B样品为接菌的SRIM-2培养基,表征的是菌体的自发荧光,荧光值为32±8.3;C样品为接菌的SRIM-1培养基,荧光值为856±62;D样品为接菌的SRIM-3培养基,荧光值为963±87;E样品为接菌的SRIM-4培养基,荧光值为2894±234;F样品为接菌的SRIM-5培养基,荧光值为4062±554。结果显示,本发明实施例1添加0.2%L-鼠李糖及NaOH蚀刻的6032铝合金小球获得的应用培养基,细菌荧光值最高,说明本发明应用培养基诱导目的基因表达效果最佳。
扫描电镜结果显示,NaOH蚀刻的6063铝合金球表面不再光滑,出现由纳米突起形成的脊状结构(图3A),对附着的细菌的糖被进行切割,改变了菌体通透性,也部分的影响了菌体形态(图3B)。
实施例3
实施例1的液体应用培养基诱导基因组上毒素基因表达,反向筛选沙雷氏菌无痕基因组编辑菌株
将基因组编辑载体pKNOCK通过第一次同源重组(单交换)插入沙雷氏菌yd25基因组编辑位点后,通过反向筛选,筛选出无外源多余序列的无痕基因组编辑菌株。反向筛选由基因组中插入的L-鼠李糖诱导表达的毒素蛋白执行,L-鼠李糖诱导毒素蛋白产生,毒素蛋白杀死未发生第二次同源重组(双交换)而保留毒素基因的菌株(图4)。
将单交换沙雷氏菌yd25分别接种到LB液体培养基+20g/L L-鼠李糖和实施例1的应用培养基,放入温度可程序化调节培养箱中培养,培养程序为:双温变温-重复循环培养,28℃培养2小时,接着37℃培养2小时为一个循环,连续进行3个循环共振荡培养12小时。12小时后将培养物进行平板涂布,所使用平板为LB固体平板。等待平板上生长出清晰、分离的单菌落后,随机挑取40个克隆进行PCR检测,确认无痕基因组编辑菌株数目。本实验独立重复三次,统计结果。结果显示使用LB液体培养基+20g/L L-鼠李糖,PCR筛选到的无痕基因组编辑菌株数目三次分别为3、5、1;使用实施例1的应用培养基,PCR筛选到的菌株数目三次分别为32、30、38。结果说明LB液体培养基+20g/L L-鼠李糖的诱导效率在2.5%~12.5%,而添加2g/L L-鼠李糖的实施例1应用培养基诱导效率在75%~95%,诱导效率提高了6~38倍,同时鼠李糖使用浓度低10倍。
Claims (4)
1.一种适合沙雷氏菌L-鼠李糖诱导表达系统的应用培养基,其特征在于:所述应用培养基是将液体基础培养基或固体基础培养基高温高压灭菌后自然放冷至60~70℃,再加入NaOH蚀刻的6063铝合金、透性化学试剂和L-鼠李糖配制而成;
所述液体基础培养基每升含蛋白胨8~12g、酵母粉0.5~1.5g、氯化钠4~6g、甘油8~12mL,余量为超纯水,pH 6.8~7.2;
所述固体基础培养基是在每升液体基础培养基中加入琼脂粉15~20g获得;
所述透性化学试剂由表面活性剂、金属螯合剂、有机溶剂组成;
所述沙雷氏菌为Serratia surfactantfaciens;
所述液体基础培养基每升加入NaOH蚀刻的6063铝合金45~55g;
所述表面活性剂为吐温、Triton-X、CTAB中任意一种或多种,其加入量为液体基础培养基体积的1%~2%;
所述金属螯合剂为EDTA-Na2、EGTA-Na4中任意一种或两种,其在应用培养基中的终浓度为1.5~5μmol/L;
所述有机溶剂为甲醇、乙醇、氯仿中任意一种或多种,其加入量为液体基础培养基体积的1%~5%;
所述液体基础培养基每升加入L-鼠李糖2~10g。
2.根据权利要求1所述的适合沙雷氏菌L-鼠李糖诱导表达系统的应用培养基,其特征在于所述NaOH蚀刻的6063铝合金的制备方法为:将6063铝合金加洗涤剂去除油污,再用超纯水清洗去除洗涤剂,随后用1~5mol/L的NaOH水溶液浸泡30~180分钟,再用超纯水清洗去除NaOH,121℃灭菌15~20分钟。
3.根据权利要求2所述的适合沙雷氏菌L-鼠李糖诱导表达系统的应用培养基,其特征在于:所述6063铝合金为直径3~5mm的铝合金小球。
4. 一种沙雷氏菌L-鼠李糖诱导的培养方法,其特征在于:接种沙雷氏菌于权利要求1所述的应用培养基中,按28~30℃培养2~2.5小时,接着35~37℃培养2~2.5小时为一个循环,连续进行3个循环共培养12~15小时;所述沙雷氏菌为Serratia surfactantfaciens。
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GR01 | Patent grant | ||
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