CN117701552B - 一种高产5-氨基乙酰丙酸的工程菌株筛选方法、工程菌及应用 - Google Patents
一种高产5-氨基乙酰丙酸的工程菌株筛选方法、工程菌及应用 Download PDFInfo
- Publication number
- CN117701552B CN117701552B CN202310849039.XA CN202310849039A CN117701552B CN 117701552 B CN117701552 B CN 117701552B CN 202310849039 A CN202310849039 A CN 202310849039A CN 117701552 B CN117701552 B CN 117701552B
- Authority
- CN
- China
- Prior art keywords
- ala
- strain
- fermentation
- screening
- escherichia coli
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Active
Links
- 229960002749 aminolevulinic acid Drugs 0.000 title claims abstract description 102
- ZGXJTSGNIOSYLO-UHFFFAOYSA-N 88755TAZ87 Chemical compound NCC(=O)CCC(O)=O ZGXJTSGNIOSYLO-UHFFFAOYSA-N 0.000 title claims abstract description 99
- 238000012216 screening Methods 0.000 title claims abstract description 31
- 238000000034 method Methods 0.000 title claims abstract description 25
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 title claims description 26
- 241000588724 Escherichia coli Species 0.000 claims abstract description 42
- 241000894006 Bacteria Species 0.000 claims abstract description 22
- 238000000855 fermentation Methods 0.000 claims description 45
- 230000004151 fermentation Effects 0.000 claims description 45
- 239000013612 plasmid Substances 0.000 claims description 31
- DHMQDGOQFOQNFH-UHFFFAOYSA-N Glycine Chemical compound NCC(O)=O DHMQDGOQFOQNFH-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 24
- 101150036185 dnaQ gene Proteins 0.000 claims description 20
- 239000004471 Glycine Substances 0.000 claims description 12
- 230000001580 bacterial effect Effects 0.000 claims description 10
- 230000015572 biosynthetic process Effects 0.000 claims description 10
- 230000014509 gene expression Effects 0.000 claims description 10
- 239000007788 liquid Substances 0.000 claims description 9
- 239000003795 chemical substances by application Substances 0.000 claims description 8
- 230000035772 mutation Effects 0.000 claims description 8
- 238000002360 preparation method Methods 0.000 claims description 6
- 230000008569 process Effects 0.000 claims description 6
- 229930101283 tetracycline Natural products 0.000 claims description 6
- 102000007528 DNA Polymerase III Human genes 0.000 claims description 5
- 108010071146 DNA Polymerase III Proteins 0.000 claims description 5
- 150000001413 amino acids Chemical group 0.000 claims description 5
- 229940041514 candida albicans extract Drugs 0.000 claims description 5
- BPHPUYQFMNQIOC-NXRLNHOXSA-N isopropyl beta-D-thiogalactopyranoside Chemical compound CC(C)S[C@@H]1O[C@H](CO)[C@H](O)[C@H](O)[C@H]1O BPHPUYQFMNQIOC-NXRLNHOXSA-N 0.000 claims description 5
- 239000012138 yeast extract Substances 0.000 claims description 5
- WQZGKKKJIJFFOK-GASJEMHNSA-N Glucose Natural products OC[C@H]1OC(O)[C@H](O)[C@@H](O)[C@@H]1O WQZGKKKJIJFFOK-GASJEMHNSA-N 0.000 claims description 4
- 241000190950 Rhodopseudomonas palustris Species 0.000 claims description 4
- KDYFGRWQOYBRFD-UHFFFAOYSA-N Succinic acid Natural products OC(=O)CCC(O)=O KDYFGRWQOYBRFD-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 4
- KDYFGRWQOYBRFD-NUQCWPJISA-N butanedioic acid Chemical compound O[14C](=O)CC[14C](O)=O KDYFGRWQOYBRFD-NUQCWPJISA-N 0.000 claims description 4
- 239000008103 glucose Substances 0.000 claims description 4
- 238000004321 preservation Methods 0.000 claims description 4
- 239000007787 solid Substances 0.000 claims description 4
- 238000012795 verification Methods 0.000 claims description 4
- 238000000684 flow cytometry Methods 0.000 claims description 3
- 239000002518 antifoaming agent Substances 0.000 claims description 2
- 239000007900 aqueous suspension Substances 0.000 claims description 2
- 239000011230 binding agent Substances 0.000 claims description 2
- 239000002270 dispersing agent Substances 0.000 claims description 2
- 239000003937 drug carrier Substances 0.000 claims description 2
- 239000000945 filler Substances 0.000 claims description 2
- 239000008187 granular material Substances 0.000 claims description 2
- 230000006698 induction Effects 0.000 claims description 2
- 239000002773 nucleotide Substances 0.000 claims description 2
- 125000003729 nucleotide group Chemical group 0.000 claims description 2
- 239000012053 oil suspension Substances 0.000 claims description 2
- 239000000843 powder Substances 0.000 claims description 2
- 239000002904 solvent Substances 0.000 claims description 2
- 239000002562 thickening agent Substances 0.000 claims description 2
- 238000001890 transfection Methods 0.000 claims description 2
- 239000000080 wetting agent Substances 0.000 claims description 2
- FWMNVWWHGCHHJJ-SKKKGAJSSA-N 4-amino-1-[(2r)-6-amino-2-[[(2r)-2-[[(2r)-2-[[(2r)-2-amino-3-phenylpropanoyl]amino]-3-phenylpropanoyl]amino]-4-methylpentanoyl]amino]hexanoyl]piperidine-4-carboxylic acid Chemical compound C([C@H](C(=O)N[C@H](CC(C)C)C(=O)N[C@H](CCCCN)C(=O)N1CCC(N)(CC1)C(O)=O)NC(=O)[C@H](N)CC=1C=CC=CC=1)C1=CC=CC=C1 FWMNVWWHGCHHJJ-SKKKGAJSSA-N 0.000 claims 1
- 239000004098 Tetracycline Substances 0.000 claims 1
- 239000007798 antifreeze agent Substances 0.000 claims 1
- 239000007884 disintegrant Substances 0.000 claims 1
- 238000011218 seed culture Methods 0.000 claims 1
- 229960002180 tetracycline Drugs 0.000 claims 1
- 235000019364 tetracycline Nutrition 0.000 claims 1
- 150000003522 tetracyclines Chemical class 0.000 claims 1
- 230000003834 intracellular effect Effects 0.000 abstract description 6
- 238000001943 fluorescence-activated cell sorting Methods 0.000 abstract description 5
- 244000005700 microbiome Species 0.000 abstract description 5
- 230000008859 change Effects 0.000 abstract description 3
- 230000004044 response Effects 0.000 abstract description 3
- 101150112623 hemA gene Proteins 0.000 description 16
- 230000000813 microbial effect Effects 0.000 description 12
- 230000037361 pathway Effects 0.000 description 11
- 239000001963 growth medium Substances 0.000 description 10
- 108090000623 proteins and genes Proteins 0.000 description 9
- 239000003642 reactive oxygen metabolite Substances 0.000 description 8
- 238000010276 construction Methods 0.000 description 7
- 238000009510 drug design Methods 0.000 description 7
- 239000002609 medium Substances 0.000 description 6
- 238000003786 synthesis reaction Methods 0.000 description 6
- 108090000364 Ligases Proteins 0.000 description 5
- 102000003960 Ligases Human genes 0.000 description 5
- 230000002503 metabolic effect Effects 0.000 description 5
- 239000000047 product Substances 0.000 description 5
- OFVLGDICTFRJMM-WESIUVDSSA-N tetracycline Chemical compound C1=CC=C2[C@](O)(C)[C@H]3C[C@H]4[C@H](N(C)C)C(O)=C(C(N)=O)C(=O)[C@@]4(O)C(O)=C3C(=O)C2=C1O OFVLGDICTFRJMM-WESIUVDSSA-N 0.000 description 5
- 102000004190 Enzymes Human genes 0.000 description 4
- 108090000790 Enzymes Proteins 0.000 description 4
- 238000006243 chemical reaction Methods 0.000 description 4
- 230000004907 flux Effects 0.000 description 4
- 239000012634 fragment Substances 0.000 description 4
- 238000011160 research Methods 0.000 description 4
- 102000016928 DNA-directed DNA polymerase Human genes 0.000 description 3
- 108010014303 DNA-directed DNA polymerase Proteins 0.000 description 3
- 108010023021 Glutamyl-tRNA reductase Proteins 0.000 description 3
- 238000010367 cloning Methods 0.000 description 3
- 230000000694 effects Effects 0.000 description 3
- 230000006870 function Effects 0.000 description 3
- 230000035790 physiological processes and functions Effects 0.000 description 3
- MPUUQNGXJSEWTF-BYPYZUCNSA-N (S)-4-amino-5-oxopentanoic acid Chemical compound O=C[C@@H]([NH3+])CCC([O-])=O MPUUQNGXJSEWTF-BYPYZUCNSA-N 0.000 description 2
- 239000002028 Biomass Substances 0.000 description 2
- 102000001888 Glutamate-tRNA ligase Human genes 0.000 description 2
- 108010015514 Glutamate-tRNA ligase Proteins 0.000 description 2
- WHUUTDBJXJRKMK-VKHMYHEASA-N L-glutamic acid Chemical compound OC(=O)[C@@H](N)CCC(O)=O WHUUTDBJXJRKMK-VKHMYHEASA-N 0.000 description 2
- 241001465754 Metazoa Species 0.000 description 2
- KYQCOXFCLRTKLS-UHFFFAOYSA-N Pyrazine Chemical compound C1=CN=CC=N1 KYQCOXFCLRTKLS-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- FAPWRFPIFSIZLT-UHFFFAOYSA-M Sodium chloride Chemical compound [Na+].[Cl-] FAPWRFPIFSIZLT-UHFFFAOYSA-M 0.000 description 2
- 102000003929 Transaminases Human genes 0.000 description 2
- 108090000340 Transaminases Proteins 0.000 description 2
- YRKCREAYFQTBPV-UHFFFAOYSA-N acetylacetone Chemical compound CC(=O)CC(C)=O YRKCREAYFQTBPV-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 230000033228 biological regulation Effects 0.000 description 2
- 238000012258 culturing Methods 0.000 description 2
- 229910052564 epsomite Inorganic materials 0.000 description 2
- 239000013613 expression plasmid Substances 0.000 description 2
- 239000002054 inoculum Substances 0.000 description 2
- 239000002068 microbial inoculum Substances 0.000 description 2
- 230000004048 modification Effects 0.000 description 2
- 238000012986 modification Methods 0.000 description 2
- 238000005457 optimization Methods 0.000 description 2
- 239000002243 precursor Substances 0.000 description 2
- 235000018102 proteins Nutrition 0.000 description 2
- 102000004169 proteins and genes Human genes 0.000 description 2
- 230000009257 reactivity Effects 0.000 description 2
- 238000012546 transfer Methods 0.000 description 2
- BGNGWHSBYQYVRX-UHFFFAOYSA-N 4-(dimethylamino)benzaldehyde Chemical class CN(C)C1=CC=C(C=O)C=C1 BGNGWHSBYQYVRX-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 102220491082 ADP-ribosylation factor 6_D12A_mutation Human genes 0.000 description 1
- 229920001817 Agar Polymers 0.000 description 1
- 241000024188 Andala Species 0.000 description 1
- KSFOVUSSGSKXFI-GAQDCDSVSA-N CC1=C/2NC(\C=C3/N=C(/C=C4\N\C(=C/C5=N/C(=C\2)/C(C=C)=C5C)C(C=C)=C4C)C(C)=C3CCC(O)=O)=C1CCC(O)=O Chemical compound CC1=C/2NC(\C=C3/N=C(/C=C4\N\C(=C/C5=N/C(=C\2)/C(C=C)=C5C)C(C=C)=C4C)C(C)=C3CCC(O)=O)=C1CCC(O)=O KSFOVUSSGSKXFI-GAQDCDSVSA-N 0.000 description 1
- 108020004705 Codon Proteins 0.000 description 1
- 102000004594 DNA Polymerase I Human genes 0.000 description 1
- 108010017826 DNA Polymerase I Proteins 0.000 description 1
- 102000010567 DNA Polymerase II Human genes 0.000 description 1
- 108010063113 DNA Polymerase II Proteins 0.000 description 1
- 230000004543 DNA replication Effects 0.000 description 1
- 241000196324 Embryophyta Species 0.000 description 1
- 241000620209 Escherichia coli DH5[alpha] Species 0.000 description 1
- WHUUTDBJXJRKMK-UHFFFAOYSA-N Glutamic acid Natural products OC(=O)C(N)CCC(O)=O WHUUTDBJXJRKMK-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 239000001888 Peptone Substances 0.000 description 1
- 108010080698 Peptones Proteins 0.000 description 1
- PCNDJXKNXGMECE-UHFFFAOYSA-N Phenazine Natural products C1=CC=CC2=NC3=CC=CC=C3N=C21 PCNDJXKNXGMECE-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 108010010677 Phosphodiesterase I Proteins 0.000 description 1
- 241001052560 Thallis Species 0.000 description 1
- 108020004566 Transfer RNA Proteins 0.000 description 1
- 229930003779 Vitamin B12 Natural products 0.000 description 1
- 239000008272 agar Substances 0.000 description 1
- 235000001014 amino acid Nutrition 0.000 description 1
- -1 amino ketone compound Chemical class 0.000 description 1
- 238000004458 analytical method Methods 0.000 description 1
- 239000003242 anti bacterial agent Substances 0.000 description 1
- 229940088710 antibiotic agent Drugs 0.000 description 1
- 230000008901 benefit Effects 0.000 description 1
- 230000006696 biosynthetic metabolic pathway Effects 0.000 description 1
- 238000006555 catalytic reaction Methods 0.000 description 1
- 229960005091 chloramphenicol Drugs 0.000 description 1
- WIIZWVCIJKGZOK-RKDXNWHRSA-N chloramphenicol Chemical compound ClC(Cl)C(=O)N[C@H](CO)[C@H](O)C1=CC=C([N+]([O-])=O)C=C1 WIIZWVCIJKGZOK-RKDXNWHRSA-N 0.000 description 1
- 229930002875 chlorophyll Natural products 0.000 description 1
- 235000019804 chlorophyll Nutrition 0.000 description 1
- ATNHDLDRLWWWCB-AENOIHSZSA-M chlorophyll a Chemical compound C1([C@@H](C(=O)OC)C(=O)C2=C3C)=C2N2C3=CC(C(CC)=C3C)=[N+]4C3=CC3=C(C=C)C(C)=C5N3[Mg-2]42[N+]2=C1[C@@H](CCC(=O)OC\C=C(/C)CCC[C@H](C)CCC[C@H](C)CCCC(C)C)[C@H](C)C2=C5 ATNHDLDRLWWWCB-AENOIHSZSA-M 0.000 description 1
- FDJOLVPMNUYSCM-WZHZPDAFSA-L cobalt(3+);[(2r,3s,4r,5s)-5-(5,6-dimethylbenzimidazol-1-yl)-4-hydroxy-2-(hydroxymethyl)oxolan-3-yl] [(2r)-1-[3-[(1r,2r,3r,4z,7s,9z,12s,13s,14z,17s,18s,19r)-2,13,18-tris(2-amino-2-oxoethyl)-7,12,17-tris(3-amino-3-oxopropyl)-3,5,8,8,13,15,18,19-octamethyl-2 Chemical compound [Co+3].N#[C-].N([C@@H]([C@]1(C)[N-]\C([C@H]([C@@]1(CC(N)=O)C)CCC(N)=O)=C(\C)/C1=N/C([C@H]([C@@]1(CC(N)=O)C)CCC(N)=O)=C\C1=N\C([C@H](C1(C)C)CCC(N)=O)=C/1C)[C@@H]2CC(N)=O)=C\1[C@]2(C)CCC(=O)NC[C@@H](C)OP([O-])(=O)O[C@H]1[C@@H](O)[C@@H](N2C3=CC(C)=C(C)C=C3N=C2)O[C@@H]1CO FDJOLVPMNUYSCM-WZHZPDAFSA-L 0.000 description 1
- 150000001875 compounds Chemical class 0.000 description 1
- 238000007865 diluting Methods 0.000 description 1
- 238000006471 dimerization reaction Methods 0.000 description 1
- BNIILDVGGAEEIG-UHFFFAOYSA-L disodium hydrogen phosphate Chemical compound [Na+].[Na+].OP([O-])([O-])=O BNIILDVGGAEEIG-UHFFFAOYSA-L 0.000 description 1
- 229910000397 disodium phosphate Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000003814 drug Substances 0.000 description 1
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 description 1
- 238000005837 enolization reaction Methods 0.000 description 1
- 230000007613 environmental effect Effects 0.000 description 1
- 238000003912 environmental pollution Methods 0.000 description 1
- 238000006911 enzymatic reaction Methods 0.000 description 1
- 238000002474 experimental method Methods 0.000 description 1
- 238000007710 freezing Methods 0.000 description 1
- 230000004927 fusion Effects 0.000 description 1
- 229930195712 glutamate Natural products 0.000 description 1
- 235000013922 glutamic acid Nutrition 0.000 description 1
- 239000004220 glutamic acid Substances 0.000 description 1
- 125000000291 glutamic acid group Chemical group N[C@@H](CCC(O)=O)C(=O)* 0.000 description 1
- 150000003278 haem Chemical class 0.000 description 1
- 238000013537 high throughput screening Methods 0.000 description 1
- 230000006872 improvement Effects 0.000 description 1
- 238000009655 industrial fermentation Methods 0.000 description 1
- 230000005764 inhibitory process Effects 0.000 description 1
- 229960000318 kanamycin Drugs 0.000 description 1
- 229930027917 kanamycin Natural products 0.000 description 1
- SBUJHOSQTJFQJX-NOAMYHISSA-N kanamycin Chemical compound O[C@@H]1[C@@H](O)[C@H](O)[C@@H](CN)O[C@@H]1O[C@H]1[C@H](O)[C@@H](O[C@@H]2[C@@H]([C@@H](N)[C@H](O)[C@@H](CO)O2)O)[C@H](N)C[C@@H]1N SBUJHOSQTJFQJX-NOAMYHISSA-N 0.000 description 1
- 229930182823 kanamycin A Natural products 0.000 description 1
- 239000000463 material Substances 0.000 description 1
- 239000000203 mixture Substances 0.000 description 1
- 238000005580 one pot reaction Methods 0.000 description 1
- 230000002018 overexpression Effects 0.000 description 1
- 230000003647 oxidation Effects 0.000 description 1
- 238000007254 oxidation reaction Methods 0.000 description 1
- 230000036542 oxidative stress Effects 0.000 description 1
- 235000019319 peptone Nutrition 0.000 description 1
- 230000001766 physiological effect Effects 0.000 description 1
- 150000004032 porphyrins Chemical class 0.000 description 1
- 230000001915 proofreading effect Effects 0.000 description 1
- 229950003776 protoporphyrin Drugs 0.000 description 1
- NGVDGCNFYWLIFO-UHFFFAOYSA-N pyridoxal 5'-phosphate Chemical compound CC1=NC=C(COP(O)(O)=O)C(C=O)=C1O NGVDGCNFYWLIFO-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 238000002708 random mutagenesis Methods 0.000 description 1
- 238000009790 rate-determining step (RDS) Methods 0.000 description 1
- 230000009467 reduction Effects 0.000 description 1
- 230000001105 regulatory effect Effects 0.000 description 1
- 230000008844 regulatory mechanism Effects 0.000 description 1
- 230000010076 replication Effects 0.000 description 1
- 108091008146 restriction endonucleases Proteins 0.000 description 1
- 238000007480 sanger sequencing Methods 0.000 description 1
- 239000007974 sodium acetate buffer Substances 0.000 description 1
- 239000011780 sodium chloride Substances 0.000 description 1
- 239000000243 solution Substances 0.000 description 1
- 230000002269 spontaneous effect Effects 0.000 description 1
- VNOYUJKHFWYWIR-ITIYDSSPSA-N succinyl-CoA Chemical compound O[C@@H]1[C@H](OP(O)(O)=O)[C@@H](COP(O)(=O)OP(O)(=O)OCC(C)(C)[C@@H](O)C(=O)NCCC(=O)NCCSC(=O)CCC(O)=O)O[C@H]1N1C2=NC=NC(N)=C2N=C1 VNOYUJKHFWYWIR-ITIYDSSPSA-N 0.000 description 1
- VNOYUJKHFWYWIR-FZEDXVDRSA-N succinyl-coa Chemical compound O[C@@H]1[C@H](OP(O)(O)=O)[C@@H](COP(O)(=O)OP(O)(=O)OCC(C)(C)C(O)C(=O)NCCC(=O)NCCSC(=O)CCC(O)=O)O[C@H]1N1C2=NC=NC(N)=C2N=C1 VNOYUJKHFWYWIR-FZEDXVDRSA-N 0.000 description 1
- 239000006228 supernatant Substances 0.000 description 1
- 239000013589 supplement Substances 0.000 description 1
- 230000009469 supplementation Effects 0.000 description 1
- 230000001502 supplementing effect Effects 0.000 description 1
- 238000001308 synthesis method Methods 0.000 description 1
- 230000009466 transformation Effects 0.000 description 1
- 238000011144 upstream manufacturing Methods 0.000 description 1
- 239000011715 vitamin B12 Substances 0.000 description 1
- 235000019163 vitamin B12 Nutrition 0.000 description 1
- XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N water Substances O XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
Classifications
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C12—BIOCHEMISTRY; BEER; SPIRITS; WINE; VINEGAR; MICROBIOLOGY; ENZYMOLOGY; MUTATION OR GENETIC ENGINEERING
- C12N—MICROORGANISMS OR ENZYMES; COMPOSITIONS THEREOF; PROPAGATING, PRESERVING, OR MAINTAINING MICROORGANISMS; MUTATION OR GENETIC ENGINEERING; CULTURE MEDIA
- C12N15/00—Mutation or genetic engineering; DNA or RNA concerning genetic engineering, vectors, e.g. plasmids, or their isolation, preparation or purification; Use of hosts therefor
- C12N15/09—Recombinant DNA-technology
- C12N15/10—Processes for the isolation, preparation or purification of DNA or RNA
- C12N15/1034—Isolating an individual clone by screening libraries
- C12N15/1086—Preparation or screening of expression libraries, e.g. reporter assays
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C12—BIOCHEMISTRY; BEER; SPIRITS; WINE; VINEGAR; MICROBIOLOGY; ENZYMOLOGY; MUTATION OR GENETIC ENGINEERING
- C12N—MICROORGANISMS OR ENZYMES; COMPOSITIONS THEREOF; PROPAGATING, PRESERVING, OR MAINTAINING MICROORGANISMS; MUTATION OR GENETIC ENGINEERING; CULTURE MEDIA
- C12N1/00—Microorganisms, e.g. protozoa; Compositions thereof; Processes of propagating, maintaining or preserving microorganisms or compositions thereof; Processes of preparing or isolating a composition containing a microorganism; Culture media therefor
- C12N1/20—Bacteria; Culture media therefor
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C12—BIOCHEMISTRY; BEER; SPIRITS; WINE; VINEGAR; MICROBIOLOGY; ENZYMOLOGY; MUTATION OR GENETIC ENGINEERING
- C12N—MICROORGANISMS OR ENZYMES; COMPOSITIONS THEREOF; PROPAGATING, PRESERVING, OR MAINTAINING MICROORGANISMS; MUTATION OR GENETIC ENGINEERING; CULTURE MEDIA
- C12N15/00—Mutation or genetic engineering; DNA or RNA concerning genetic engineering, vectors, e.g. plasmids, or their isolation, preparation or purification; Use of hosts therefor
- C12N15/09—Recombinant DNA-technology
- C12N15/63—Introduction of foreign genetic material using vectors; Vectors; Use of hosts therefor; Regulation of expression
- C12N15/65—Introduction of foreign genetic material using vectors; Vectors; Use of hosts therefor; Regulation of expression using markers
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C12—BIOCHEMISTRY; BEER; SPIRITS; WINE; VINEGAR; MICROBIOLOGY; ENZYMOLOGY; MUTATION OR GENETIC ENGINEERING
- C12N—MICROORGANISMS OR ENZYMES; COMPOSITIONS THEREOF; PROPAGATING, PRESERVING, OR MAINTAINING MICROORGANISMS; MUTATION OR GENETIC ENGINEERING; CULTURE MEDIA
- C12N15/00—Mutation or genetic engineering; DNA or RNA concerning genetic engineering, vectors, e.g. plasmids, or their isolation, preparation or purification; Use of hosts therefor
- C12N15/09—Recombinant DNA-technology
- C12N15/63—Introduction of foreign genetic material using vectors; Vectors; Use of hosts therefor; Regulation of expression
- C12N15/70—Vectors or expression systems specially adapted for E. coli
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C12—BIOCHEMISTRY; BEER; SPIRITS; WINE; VINEGAR; MICROBIOLOGY; ENZYMOLOGY; MUTATION OR GENETIC ENGINEERING
- C12N—MICROORGANISMS OR ENZYMES; COMPOSITIONS THEREOF; PROPAGATING, PRESERVING, OR MAINTAINING MICROORGANISMS; MUTATION OR GENETIC ENGINEERING; CULTURE MEDIA
- C12N9/00—Enzymes; Proenzymes; Compositions thereof; Processes for preparing, activating, inhibiting, separating or purifying enzymes
- C12N9/10—Transferases (2.)
- C12N9/1025—Acyltransferases (2.3)
- C12N9/1029—Acyltransferases (2.3) transferring groups other than amino-acyl groups (2.3.1)
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C12—BIOCHEMISTRY; BEER; SPIRITS; WINE; VINEGAR; MICROBIOLOGY; ENZYMOLOGY; MUTATION OR GENETIC ENGINEERING
- C12P—FERMENTATION OR ENZYME-USING PROCESSES TO SYNTHESISE A DESIRED CHEMICAL COMPOUND OR COMPOSITION OR TO SEPARATE OPTICAL ISOMERS FROM A RACEMIC MIXTURE
- C12P13/00—Preparation of nitrogen-containing organic compounds
- C12P13/005—Amino acids other than alpha- or beta amino acids, e.g. gamma amino acids
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C12—BIOCHEMISTRY; BEER; SPIRITS; WINE; VINEGAR; MICROBIOLOGY; ENZYMOLOGY; MUTATION OR GENETIC ENGINEERING
- C12Y—ENZYMES
- C12Y203/00—Acyltransferases (2.3)
- C12Y203/01—Acyltransferases (2.3) transferring groups other than amino-acyl groups (2.3.1)
- C12Y203/01037—5-Aminolevulinate synthase (2.3.1.37)
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C12—BIOCHEMISTRY; BEER; SPIRITS; WINE; VINEGAR; MICROBIOLOGY; ENZYMOLOGY; MUTATION OR GENETIC ENGINEERING
- C12R—INDEXING SCHEME ASSOCIATED WITH SUBCLASSES C12C - C12Q, RELATING TO MICROORGANISMS
- C12R2001/00—Microorganisms ; Processes using microorganisms
- C12R2001/01—Bacteria or Actinomycetales ; using bacteria or Actinomycetales
- C12R2001/185—Escherichia
- C12R2001/19—Escherichia coli
Landscapes
- Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
- Health & Medical Sciences (AREA)
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Genetics & Genomics (AREA)
- Organic Chemistry (AREA)
- Zoology (AREA)
- Wood Science & Technology (AREA)
- Bioinformatics & Cheminformatics (AREA)
- Biotechnology (AREA)
- General Engineering & Computer Science (AREA)
- Biomedical Technology (AREA)
- General Health & Medical Sciences (AREA)
- Biochemistry (AREA)
- Microbiology (AREA)
- Molecular Biology (AREA)
- Physics & Mathematics (AREA)
- Biophysics (AREA)
- Plant Pathology (AREA)
- Medicinal Chemistry (AREA)
- General Chemical & Material Sciences (AREA)
- Tropical Medicine & Parasitology (AREA)
- Virology (AREA)
- Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
- Bioinformatics & Computational Biology (AREA)
- Crystallography & Structural Chemistry (AREA)
- Micro-Organisms Or Cultivation Processes Thereof (AREA)
Abstract
本发明涉及一种高产5‑氨基乙酰丙酸的工程菌株筛选方法、工程菌及应用,属于工程微生物领域。本发明使用基于胞内cAMP水平变化响应ALA的生物传感器,通过荧光激活细胞分选(FACS)对大肠杆菌基因组突变体文库进行筛选,得到了一株高产ALA的突变体大肠杆菌。结果表明,本发明所筛选到的突变体大肠杆菌相比于野生型的大肠杆菌具有更高的ALA产量。
Description
技术领域
本发明属于工程微生物技术领域,具体涉及一种高产5-氨基乙酰丙酸的工程菌株筛选方法、一株高产5-氨基乙酰丙酸的工程菌及基于该菌株的5-氨基乙酰丙酸生物合成方法。
背景技术
公开该背景技术部分的信息仅仅旨在增加对本发明的总体背景的理解,而不必然被视为承认或以任何形式暗示该信息构成已经成为本领域一般技术人员所公知的现有技术。
5-氨基乙酰丙酸(ALA)是一种非蛋白质氨基酸,是合成四吡咯化合物(包括血红素、卟啉、叶绿素和维生素B12)的必要前体,这些化合物在维持机体正常生理功能方面发挥着关键作用。由于其安全性、环境兼容性和生物降解性,ALA在农业、畜牧业和医药领域有着广泛的应用。如今,通过微生物发酵生产ALA是一种环境友好、简单、廉价和可持续的方法,它避免了化学合成中复杂的反应步骤、高成本和环境污染的缺点。
ALA的生物合成途径广泛存在于植物、动物和微生物中,其生物合成途径分为C4(Shemin)途径和C5途径。在C4途径中,通过ALA合成酶(hemA)使琥珀酰辅酶A和甘氨酸一步缩合产生ALA。在C5途径中,谷氨酸经历谷氨酰tRNA合成酶、谷氨酰tRNA还原酶(hemA)和谷氨酸-1-半醛转氨酶(hemL)的三个顺序酶促反应,生成ALA,这与C4途径相比更复杂。到目前为止,酶筛选、途径工程、发酵过程优化都已得到研究,ALA的微生物产量也得到了显著提高。
ALA作为一种氨基酮化合物,具有很高的反应性和不稳定性,并且能够产生活性氧(ROS)。活性氧产生途径包括:(1)ALA经历烯醇化和好氧氧化以产生ROS;(2)ALA自发二聚被不可逆地分解为2,5-(β-羧乙基)吡嗪,同时生成ROS;(3)ALA的下游产物原卟啉IX,辐射后产生ROS。大量的ROS引发氧化应激并影响细胞的生理状态。在ALA的微生物生产过程中,ALA的产生会对生产宿主的生理状态造成影响并抑制宿主的生长与生理活性,从而限制ALA生产效率。有研究表明,当增加了大肠杆菌对于ALA的耐受性后,能够明显改善发酵过程中大肠杆菌的生长状态并且对ALA的生产具有显著的促进作用,相似的调控方式应用于其他微生物,也能够显著增加微生物对产物耐受性并促进微生物生产。同时,对于生产底盘细胞代谢通量的调控也是提高相关产物的通用手段,并且已经有了大量关于将代谢通量引入ALA生产途径的报道,如:将代谢通量引入到TCA循环,抑制ALA的下游途径的代谢通量等,相关研究比较完善。
以上都是用于ALA生产底盘细胞的理性设计策略,而关于ALA生产底盘细胞的非理性设计策略却鲜有报道,相比于理性设计来说,非理性设计具的优势包括:1.更广泛的搜索空间:理性设计仅仅能够调整特定的基因或基因片段,而非理性设计的随机突变能够涉及到整个基因组,从而探索更广泛的可能性。2.更高的概率发现未知的功能:当研究人员不完全理解一个基因时,随机突变的方法能够发掘出该基因的其他(未知的)功能。3.更高的效率:随机突变方法不需要事先了解复杂的调控机制和基因功能,减少了研究成本和时间。同时,基于高通量筛选方法,可以快速鉴别出筛选的菌株。
因此,在ALA的微生物生产过程中,底盘菌对ALA的耐受性对于微生物发酵生产效率具有较为重要的作用,获取更加适宜ALA微生物发酵的底盘菌对于提高ALA发酵效率具有重要意义。
发明内容
为了获得更加适宜ALA微生物发酵生产的底盘细胞,本发明基于非理性设计策略,构建了大肠杆菌的基因组突变体文库并进行筛选,最终获得了一株高产ALA的大肠杆菌DM16。
基于上述研究成果,本发明提供如下的技术方案:
本发明首先提供了一种高产5-氨基乙酰丙酸工程菌的筛选方法,包括如下步骤:以大肠杆菌为出发菌株,过表达出发菌株中的ALA合成酶(hemA),转入DNA聚合酶III的突变体dnaQ*及筛选质粒诱导大肠杆菌基因组突变获得突变体文库,从突变体文库中筛选ALA高产菌株。
野生型大肠杆菌只能通过C5途径合成5-ALA,以谷氨酸为前提,在谷氨酰tRNA合成酶、谷氨酰tRNA还原酶、谷氨酸-1-半醛转氨酶系列酶的催化下最终生成5-ALA。上述三步反应中,限速步骤为谷氨酰tRNA还原酶催化的谷氨酰tRNA还原为GSA的反应。为了获取适宜ALA发酵的工程菌,本发明向大肠杆菌中导入C4合成途径,以甘氨酸和琥珀酰辅酶A为前体,PLP作为辅因子,一步反应生成ALA。并通过构建突变体文库筛选其中能够进行ALA高效合成的菌株。
DNA聚合酶III(dnaQ)既有5’→3’方向聚合酶活性,也有3’→5’核酸外切酶活性。该酶的活性较强,为DNA聚合酶Ⅰ的15倍,DNA聚合酶Ⅱ的300倍,可以在引物的3’-OH上以每分钟约5万个核苷酸的速度延长新的DNA链,是大肠杆菌DNA复制中链延长反应的主导聚合酶。本发明首先构建了一个dnaQ的突变体dnaQ*,dnaQ*相比于dnaQ具有较低的校对活性。因此当dnaQ*用于大肠杆菌的基因组复制时会在基因组上保留下来一些突变位点,通过这种方式获得了大肠杆菌的基因组突变体文库。首先基于荧光强弱及抗性对突变体进行分选,分选后突变菌株通过摇瓶发酵,筛选ALA高产的突变菌株。
上述筛选质粒是一种基于胞内cAMP水平变化响应ALA的生物传感器,通过导入该质粒,技术人员可基于荧光强度方便的筛选ALA高表达菌株。
本发明通过上述方式筛选得到产量最高的菌株,丢失重组质粒后进行了保藏,命名为DM16。
因此,本发明还提供一株高产5-氨基乙酰丙酸的工程菌,所述菌株命名为大肠杆菌(Escherichia coli)DM16,该菌株已于2023年4月26日保藏于中国典型培养物保藏中心,简称CCTCC,地址为:中国,武汉,武汉大学,其生物保藏号为:CCTCC NO:M2023631。
上述菌株可用于5-氨基乙酰丙酸的生物合成,使用DM16作为ALA C4途径生产的生产菌株,将hemA基因在DM16中进行过表达,使DM16菌株能够通过C4途径生产ALA,含有hemA基因的DM16菌株在ALA的发酵过程中补充甘氨酸用于ALA的合成。
附图说明
构成本发明的一部分的说明书附图用来提供对本发明的进一步理解,本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明,并不构成对本发明的不当限定。
图1为FACS筛选后的结果对比;
浅色散点代表初始文库菌株的单细胞荧光水平,深色散点代表分选后文库菌株的单细胞荧光水平;
图2为FACS分选后的单菌落在孔板中ALA的产量;
深色代表野生型菌株的ALA产量,浅色代表挑取的突变体单菌落的ALA产量;
图3为突变体菌株的摇瓶发酵结果;
深色为ALA产量,浅色为生物量;
图4为质粒丢失菌株DM16的ALA生产能力验证;
深色为ALA产量,浅色为生物量。
具体实施方式
应该指出,以下详细说明都是例示性的,旨在对本发明提供进一步的说明。除非另有指明,本文使用的所有技术和科学术语具有与本发明所属技术领域的普通技术人员通常理解的相同含义。
需要注意的是,这里所使用的术语仅是为了描述具体实施方式,而非意图限制根据本发明的示例性实施方式。如在这里所使用的,除非上下文另外明确指出,否则单数形式也意图包括复数形式,此外,还应当理解的是,当在本说明书中使用术语“包含”和/或“包括”时,其指明存在特征、步骤、操作、器件、组件和/或它们的组合。
正如背景技术所介绍的,在ALA的微生物生产过程中,菌株对ALA的耐受性对于ALA的大肠杆菌的微生物发酵生产具有重要的作用,为了筛选获得更加适宜ALA微生物发酵生产的底盘细胞,本发明基于胞内cAMP水平变化响应ALA的生物传感器通过荧光激活细胞分选(FACS)对大肠杆菌基因组突变体文库进行筛选,得到了一株高产ALA的突变体大肠杆菌。
具体方案如下:
第一方面,提供一种高产5-氨基乙酰丙酸工程菌株的筛选方法,包括如下步骤:以大肠杆菌作为出发菌株,过表达出发菌株中的ALA合成酶(hemA),转入DNA聚合酶III的突变体dnaQ*及筛选质粒诱导大肠杆菌基因组突变获得突变体文库,从突变体文库中筛选ALA高产菌株。
上述筛选方法还具有如下优选方案:
出发菌株,上述筛选方法以大肠杆菌作为出发菌株,由于大肠杆菌属可能具有相似的代谢流,因此出发菌株理论上可选任意的大肠杆菌,考虑到成本经济,可采用常规的模式菌,本发明验证的一种实施方式中,为大肠杆菌DH5α。
ALA合成酶(hemA),来源于沼泽红假单胞菌(Rhodopseudomonas palustris)KUGB306,序列如SEQ ID NO:1所示,通过构建重组质粒转入出发菌株。
DNA聚合酶III的突变体,所述dnaQ*的序列如SEQ ID NO:2所示,同样通过构建重组质粒转入出发菌株。
筛选质粒,所述筛选质粒具有SEQ ID NO.5所示的表达盒。
从突变体文库中筛选ALA高产菌株的步骤如下:
(1)将突变体文库中的菌株接种至LB培养基中培养,培养过程中加入脱水四环素诱导dnaQ*的表达,收集菌体通过流式细胞仪分选具有较低荧光强度的菌株,分选后的到的菌株接种至抗性培养基上培养并重复进行上述筛选过程至获得荧光水平明显下降的菌株;
(2)基于ALA发酵能力对步骤(1)筛选后的菌株进行再次筛选,选取ALA产量较高的菌株进行摇瓶发酵验证。
本发明通过摇瓶发酵得到的产量最高的菌株(含有上述提到的三种质粒)进行质粒的去除,其中产量最高的菌株为DM16,是一个无抗性无质粒的菌株。随后本发明对DM16菌株ALA生产的性能进行了验证(随机挑取了四个丢失质粒的DM16单菌落),重新转化hemA基因进行ALA发酵,证明该菌株对ALA具有良好的耐受性,能够稳定高产ALA,可作为5-氨基乙酰丙酸的工程菌应用于工业发酵。
第二方面,提供一种高产5-氨基乙酰丙酸的工程菌,所述菌株命名为大肠杆菌(Escherichia coli)DM16,该菌株已于2023年4月26日保藏于中国典型培养物保藏中心,简称CCTCC,地址为:中国,武汉,武汉大学,其生物保藏号为:CCTCCNO:M2023631。
第三方面,提供一种菌剂,所述菌剂包括第二方面所述工程菌,或所述菌的发酵培养物。
上述菌的发酵培养物,即第二方面所述工程菌的发酵产物,其中具有相当剂量的ALA。
另外,上述菌剂可以为固体或液体制剂,还包括药学上所必须的载体,所述固体制剂如菌粉、颗粒剂,所述液体制剂如水悬浮剂、可分散油悬浮剂;所述药学上可接受的载体选自分散剂、润湿剂、崩解剂、粘结剂、消泡剂、抗冻剂、增稠剂、填料和溶剂中的一种或多种。本发明对所述农药学上可接受的辅料的来源等没有特殊限制,一般采用市售产品即可。
第四方面,提供一种5-氨基乙酰丙酸的生物合成方法,过表达大肠杆菌DM16中的ALA合成酶(hemA)制备重组菌,重组菌发酵过程中补充甘氨酸进行5-氨基乙酰丙酸的合成。
具体步骤如下:
通过质粒转染向大肠杆菌(Escherichia coli)DM16中导入外源hemA,将修饰后菌株转入LB培养基中作为种子进行培养,再移入发酵培养基中进行发酵培养;所述发酵培养基的成分如下:18~22g/L葡萄糖,1~3g/L酵母提取物,8~12g/L琥珀酸,3~5g/L甘氨酸,16~17g/L(NH4)2SO4,1~4g/L KH2PO4,15~18g/LNa2HPO4·12H2O,0.8~1.2g/L MgSO4·7H2O和0.01g/L MnSO4·7H2O的发酵培养基,每12h补充3~5g/L的甘氨酸。
优选的,所述采用摇瓶发酵,发酵温度为35~38℃,转速为200~250rpm。
优选的,上述发酵过程中,还可以向培养基中添加IPTG和/或脱水四环素;
进一步的,发酵过程中,当OD600~0.6时添加0.1mM的IPTG进行诱导。
为了使得本领域技术人员能够更加清楚地了解本发明的技术方案,以下将结合具体的实施例详细说明本发明的技术方案。
实施例1
一、实验方法
1.1菌株、培养基和培养条件
选取大肠杆菌DH5α细胞用于质粒的构建和大肠杆菌基因组突变体文库的构建,大肠杆菌DH5α及突变体文库中的菌株采用如下培养基:
LB培养基:10g/L蛋白胨,5g/L酵母提取物和5g/L NaCl,余量为水。
1.2质粒构建
1.2.1hemA质粒构建
根据Rhodopseudomonas palustris KUGB306中ALA合酶hemA的蛋白序列,如SEQID NO:1所示。以大肠杆菌作为表达宿主进行密码子优化进行基因合成,通过使用PhantaMax Super-Fidelity DNA Polymerase(Vazyme Biotech,Nanjing,China)和相应的引物对其进行扩增,将扩增后的基因片段使用ClonExpress II One Step Cloning Kit(VazymeBiotech,Nanjing,China)将其插入到pTrc99a质粒上,获得hemA的过表达质粒。上述构建过程涉及的引物序列如下表1:
表1
1.2.2基因组随机突变质粒构建
大肠杆菌MG1655购自上海唯地生物。通过使用Phanta Max Super-Fidelity DNAPolymerase(Vazyme Biotech,Nanjing,China)和相应的引物,从大肠杆菌MG1655基因组DNA中扩增目的片段。将dnaQ片段纯化回收后使用ClonExpress II One Step Cloning Kit(Vazyme Biotech,Nanjing,China)将其插入到pACYC184质粒上受脱水四环素诱导表达。随后通过反式PCR的方法在dnaQ上引入D12A的点突变获得dnaQ*的突变体表达质粒。限制性内切酶从Thermo Fisher Scientific(Waltham,MA)购买。引物合成和Sanger测序由Tsingke(Beijing,China)进行。
出发菌株大肠杆菌MG1655中野生型dnaQ序列如下:
mstaitrqiv ldtettgmnq igahyeghki ieigavevvn rrltgnnfhv ylkpdrlvdpeafgvhgiad
eflldkptfa evadefmdyi rgaelvihna afdigfmdye fsllkrdipk tntfckvtdslavarkmfpg
krnsldalca ryeidnskrt lhgalldaqi laevylamtg gqtsmafame getqqqqgeatiqrivrqas
klrvvfatde eiaahearld lvqkkggscl wra(SEQ ID NO.2);
本实施例中构建的突变体dnaQ*序列如下:
mstaitrqiv latettgmnq igahyeghki ieigavevvn rrltgnnfhv ylkpdrlvdpeafgvhgiad
eflldkptfa evadefmdyi rgaelvihna afdigfmdye fsllkrdipk tntfckvtdslavarkmfpg
krnsldalca ryeidnskrt lhgalldaqi laevylamtg gqtsmafame getqqqqgeatiqrivrqas
klrvvfatde eiaahearld lvqkkggscl wra(SEQ ID NO.3)。
1.2.3筛选质粒的构建
发明人的前期研究表明,ALA引起的ROS可降低大肠杆菌细胞内cAMP水平,并且与ALA浓度相关,通过CRP特异性调节的启动子可以表征ALA与细胞内cAMP的关系,进而反应细菌胞内ALA水平。本发明在启动子上游三个位置-83.5添加CRP强结合位点,对cAMP剂量和ALA剂量具有良好的反应性,相关研究记载于申请号(2022117303171)的专利文件中。基于该研究结论构建了筛选质粒:
通过使用Phanta Max Super-Fidelity DNA Polymerase(Vazyme Biotech,Nanjing,China)和相应的引物,从大肠杆菌MG1655基因组DNA中扩增目的启动子。将启动子与GFP序列通过融合PCR连接在一起,使用目的启动子去调控GFP的表达。随后使用ClonExpress II One Step Cloning Kit(Vazyme Biotech,Nanjing,China)将其插入到pCDF-duet-1质粒上获得该筛选质粒,所述筛选质粒的表达盒中包括:启动子-核糖体结合位点(RBS)-GFP,其中,启动子序列如如SEQ ID NO.4所示,上述表达盒序列如SEQ ID NO.5所示。
1.3ALA的分析方法
5-ALA的发酵培养基:20g/L葡萄糖,2g/L酵母提取物,10g/L琥珀酸,4g/L甘氨酸,16g/L(NH4)2SO4,3g/L KH2PO4,16g/L Na2HPO4·12H2O,1g/LMgSO4·7H2O和0.01g/L MnSO4·7H2O的发酵培养基,每12h补充4g/L的甘氨酸。
发酵条件:37℃,220rpm的条件下进行培养与发酵。在需要的情况下将适当浓度的抗生素添加到培养基中,包括氯霉素(34μg/mL)和卡那霉素(50μg/mL)。添加0.1mM异丙基-β-d-硫代乙型乳糖苷(IPTG)诱导hemA的表达或200μg/L的脱水四环素用于诱导dnaQ*基因的表达。
将发酵液上清转入新的离心管中。按一定比例进行稀释。取稀释液400μL,分别加入200μL的乙酸钠缓冲液和100μL的乙酰丙酮,煮沸反应15min。冷却至室温,加入ModifiedEhrlich’s reagent试剂反应20min,然后利用1cM的比色皿在波长554nm下利用分光光度计检测OD值,根据ALA/OD554的标准曲线计算出ALA的浓度。
二、实验结果
将带有ALA生产质粒(hemA)、基因组随机突变质粒(dnaQ*)和筛选质粒(用于后续ALA高通量筛选)的DH5α菌株接种到含有LB培养基的摇瓶中进行培养,在培养期间加入200μg/L脱水四环素诱导dnaQ*的表达,每12h转接一次。转接3-4次之后收集菌体,用PBS洗涤菌体3次,并使用PBS重悬。随后吸取一定量的菌液将其稀释到适宜的浓度进行后续的流式细胞仪分选,在分选过程中根据细菌的荧光强弱选取分选的区域,圈定一个分选门筛选落在门中的低绿色荧光的菌株,将分选出的菌液接种到含有相应抗性的LB培养基中进行培养用于下一次的继续分选,分选后最终得到的突变体菌株文库经过流式细胞仪分析,可以明显看到其整体荧光水平相比于初始文库的荧光水平有着明显的下降(图1)。
将最终的文库在琼脂平板上进行划线挑取单菌落接种到孔板中进行初筛,根据测定的ALA产量的结果可以看到其中一些突变菌株的产量明显高于野生型菌株(图2)。本发明选取产量最高的前15个菌株接种到摇瓶中进行复筛,其中DM14、DM15和DM16三个菌株的产量要高于野生型菌株(图3)。
随后本实施例将表现最好的DM16菌株进行了质粒的丢失,挑取了4个丢失了质粒的DM16菌株进行转化,将带有ALA C4生产途径的质粒转化到DM16菌株中进行发酵验证,结果表明本实施例最终得到的DM16菌株的ALA产量(DM16-1:4.14±0.22g/L DM16-2:4.14±0.29g/L DM16-3:4.26±0.30g/LDM16-4:3.99±0.24g/L)要明显高于对照菌株(2.91±0.23g/L)。最终本实施例得到一株由DH5α突变获得的ALA高产菌株DM16,该菌株已经交由CCTCC保藏,保藏号为:CCTCC M 2023631。
实施例2
本实施例中,提供一种基于上述保藏菌株的ALA合成方法,包括如下步骤:
将hemA基因转化到DM16菌株中,挑取单菌落接种到LB培养基中在37℃,220rpm的条件下进行过夜培养,将菌液以2%的接种量接种到含有50ml LB液体的摇瓶中作为种子进行培养,培养12-16h后,以2%的接种量接种到ALA发酵培养基中进行ALA的发酵。发酵培养基组分如下:20g/L葡萄糖,2g/l酵母提取物,10g/L琥珀酸,4g/L甘氨酸,16g/L(NH4)2SO4,3g/L KH2PO4,16g/LNa2HPO4·12H2O,1g/L MgSO4·7H2O和0.01g/L MnSO4·7H2O的发酵培养基,每12h补充4g/L的甘氨酸。发酵条件:37℃,220rpm的条件下进行培养与发酵。
所述菌株的ALA最高产量为4.26±0.30g/L。
以上所述仅为本发明的优选实施例而已,并不用于限制本发明,对于本领域的技术人员来说,本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内,所作的任何修改、等同替换、改进等,均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (6)
1.一种高产5-氨基乙酰丙酸工程菌株的筛选方法,其特征在于,包括如下步骤:以大肠杆菌作为出发菌株,过表达出发菌株中的ALA合成酶,转入DNA聚合酶III 的突变体dnaQ*及筛选质粒诱导大肠杆菌基因组突变获得突变体文库,从突变体文库中筛选ALA高产菌株;
所述ALA合成酶来源于沼泽红假单胞菌(Rhodopseudomonas palustris)KUGB306,其氨基酸序列如SEQ ID NO:1所示;
所述dnaQ*的氨基酸序列如SEQ ID NO:2所示;
所述筛选质粒具有核苷酸序列如SEQ ID NO.5所示的表达盒;
从突变体文库中筛选ALA高产菌株的步骤如下:
(1)将突变体文库中的菌株接种至LB培养基中培养,培养过程中加入脱水四环素诱导dnaQ*的表达,收集菌体通过流式细胞仪分选具有较低绿色荧光强度的菌株,分选后的到的菌株接种至抗性培养基上培养并重复进行上述筛选过程至获得荧光水平明显下降的菌株;
(2)基于ALA发酵能力对步骤(1)筛选后的菌株进行再次筛选,选取ALA产量较高的菌株进行摇瓶发酵验证。
2.一种高产5-氨基乙酰丙酸的工程菌,其特征在于,所述菌株命名为大肠杆菌(Escherichia coli)DM16,该工程菌已于2023年4月26日保藏于中国典型培养物保藏中心,简称CCTCC,地址为:中国,武汉,武汉大学,其生物保藏号为: CCTCC NO:M2023631。
3.一种菌剂,其特征在于,所述菌剂包括权利要求2所述工程菌。
4.如权利要求3所述的菌剂,其特征在于,所述菌剂为固体或液体制剂,还包括药学上所必须的载体,所述固体制剂选自菌粉、颗粒剂;所述液体制剂选自水悬浮剂、可分散油悬浮剂;所述药学上可接受的载体选自分散剂、润湿剂、崩解剂、粘结剂、消泡剂、抗冻剂、增稠剂、填料和溶剂中的一种或多种。
5.一种5-氨基乙酰丙酸的生物合成方法,其特征在于,在如权利要求2所述的大肠杆菌DM16中过表达ALA合成酶制备重组菌,然后在重组菌发酵过程中补充甘氨酸进行5-氨基乙酰丙酸的合成;
所述ALA合成酶的氨基酸序列如SEQ ID NO:1所示;
具体步骤如下:
通过质粒转染向如权利要求2所述的大肠杆菌(Escherichia coli)DM16中导入氨基酸序列如SEQ ID NO:1所示的ALA合成酶,将修饰后菌株转入LB培养基中作为种子进行培养,再移入发酵培养基中进行发酵培养;所述发酵培养基的成分如下:18~22 g/L葡萄糖,1~3g/L酵母提取物,8~12g/L 琥珀酸,3~5g/L甘氨酸,16~17 g/L (NH4)2SO4, 1~4 g/L KH2PO4,15~18g/L Na2HPO4•12H2O, 0.8~1.2 g/L MgSO4•7H2O和 0.01 g/L MnSO4•7H2O的发酵培养基,每12h补充3~5 g/L 的甘氨酸。
6.如权利要求5所述5-氨基乙酰丙酸的生物合成方法,其特征在于,发酵过程采用摇瓶发酵,发酵温度为35~38℃,转速为200~250rpm;发酵过程中,当OD600~0.6时添加0.1mM的IPTG进行诱导。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN202310849039.XA CN117701552B (zh) | 2023-07-11 | 2023-07-11 | 一种高产5-氨基乙酰丙酸的工程菌株筛选方法、工程菌及应用 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN202310849039.XA CN117701552B (zh) | 2023-07-11 | 2023-07-11 | 一种高产5-氨基乙酰丙酸的工程菌株筛选方法、工程菌及应用 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| CN117701552A CN117701552A (zh) | 2024-03-15 |
| CN117701552B true CN117701552B (zh) | 2025-02-14 |
Family
ID=90157678
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| CN202310849039.XA Active CN117701552B (zh) | 2023-07-11 | 2023-07-11 | 一种高产5-氨基乙酰丙酸的工程菌株筛选方法、工程菌及应用 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| CN (1) | CN117701552B (zh) |
Families Citing this family (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN119592540B (zh) * | 2024-12-06 | 2025-12-09 | 淮北矿业绿色化工新材料研究院有限公司 | 一种dna聚合酶ⅲ突变体及其应用 |
Citations (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN1351660A (zh) * | 1999-05-19 | 2002-05-29 | 金克克国际有限公司 | 微生物的定向进化 |
| CN112980758A (zh) * | 2021-03-05 | 2021-06-18 | 江南大学 | 一种提高谷氨酸棒杆菌合成5-氨基乙酰丙酸产量的方法 |
-
2023
- 2023-07-11 CN CN202310849039.XA patent/CN117701552B/zh active Active
Patent Citations (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN1351660A (zh) * | 1999-05-19 | 2002-05-29 | 金克克国际有限公司 | 微生物的定向进化 |
| CN112980758A (zh) * | 2021-03-05 | 2021-06-18 | 江南大学 | 一种提高谷氨酸棒杆菌合成5-氨基乙酰丙酸产量的方法 |
Non-Patent Citations (4)
| Title |
|---|
| Cloning of two 5-aminolevulinic acid synthase isozymes HemA and HemO from Rhodopseudomonas palustris with favorable characteristics for 5-aminolevulinic acid production;Lilu Zhang等;Biotechnol Lett;20130122;第35卷;763–768 * |
| Inhibition of adenylate cyclase activity by 5-aminolevulinic acid in rat and human brain;Tatiana Emanuelli等;Neurochemistry International;20011231;第38卷;213-218 * |
| Lilu Zhang等.Cloning of two 5-aminolevulinic acid synthase isozymes HemA and HemO from Rhodopseudomonas palustris with favorable characteristics for 5-aminolevulinic acid production.Biotechnol Lett.2013,第35卷763–768. * |
| Sohei Hiasa等.Development of green fluorescent protein-based cAMP indicators for covering a wide range of cAMP concentrations.RSC Adv..2023,第13卷第15514篇. * |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| CN117701552A (zh) | 2024-03-15 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| Du et al. | Engineering Halomonas bluephagenesis for L-Threonine production | |
| TW202217005A (zh) | 發酵生產胍基乙酸之方法 | |
| CN104830748B (zh) | 一种弱化hemB基因表达提高大肠杆菌合成5‑氨基乙酰丙酸的方法 | |
| CN111393515B (zh) | 核糖核苷酸还原酶转录抑制因子突变体、突变基因及其在制备维生素b2中的应用 | |
| EP1893768A2 (en) | Total amino acid stabilization during cell-free protein synthesis | |
| CN112375726B (zh) | 一种生产l-高丝氨酸的基因工程菌及其应用 | |
| WO2018077159A1 (zh) | 氨基酸衰减子的改造方法及其在生产中的应用 | |
| CN115725537B (zh) | 天冬氨酸激酶突变体及其在生产l-高丝氨酸中的应用 | |
| WO2023208146A1 (zh) | 生物合成麦角硫因的方法及载体 | |
| CN117701552B (zh) | 一种高产5-氨基乙酰丙酸的工程菌株筛选方法、工程菌及应用 | |
| CN110004164B (zh) | 一种5-氨基乙酰丙酸高产重组菌株及其用途 | |
| CN108795965A (zh) | 一种极性氨基酸高产菌株的筛选方法 | |
| CN115011538B (zh) | 一种生产l-瓜氨酸的大肠杆菌及其构建方法和应用 | |
| CN115197954B (zh) | 用于发酵生产1,5-戊二胺的重组dna、菌株及其用途 | |
| CN108707576A (zh) | 一种非极性氨基酸高产菌株的筛选方法 | |
| CN115873852A (zh) | 重组核酸序列、基因工程菌及生产1,5-戊二胺的方法 | |
| US20220380822A1 (en) | Application of branched-chain a-ketoacid dehydrogenase complex in preparation of malonyl coenzyme a | |
| CN111235079A (zh) | 一种筛选高产色氨酸大肠杆菌的方法 | |
| CN117802171A (zh) | 一种产肌酸的重组大肠杆菌及全细胞转化生产肌酸的方法 | |
| US20250277225A1 (en) | DL-Alanine-Producing Genetically Engineered Strain and Method of Construction and Use Thereof | |
| CN118207232A (zh) | 构建l-缬氨酸生产菌株的方法、l-缬氨酸生产菌株及其应用 | |
| TWI290175B (en) | A method for promoting growth of gene recombinant cell and enhancing production of target gene product | |
| CN116286807A (zh) | 突变的dapA启动子及其应用 | |
| CN114703171B (zh) | 酯酰辅酶a合成酶变体及其工程化微生物 | |
| CN118421669B (zh) | 一种生产靛蓝的菌株及其构建方法和应用 |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| GR01 | Patent grant | ||
| GR01 | Patent grant |