RU2752896C1 - Strain of yeast schizosaccharomyces pombe, producing l-lactic acid, containing genes of three different heterologous lactate dehydrogenases in chromosome - Google Patents
Strain of yeast schizosaccharomyces pombe, producing l-lactic acid, containing genes of three different heterologous lactate dehydrogenases in chromosome Download PDFInfo
- Publication number
- RU2752896C1 RU2752896C1 RU2020139937A RU2020139937A RU2752896C1 RU 2752896 C1 RU2752896 C1 RU 2752896C1 RU 2020139937 A RU2020139937 A RU 2020139937A RU 2020139937 A RU2020139937 A RU 2020139937A RU 2752896 C1 RU2752896 C1 RU 2752896C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- strain
- lactic acid
- lactobacillus
- gene
- pombe
- Prior art date
Links
Images
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
- C12N15/63—Introduction of foreign genetic material using vectors; Vectors; Use of hosts therefor; Regulation of expression
- C12N15/79—Vectors or expression systems specially adapted for eukaryotic hosts
- C12N15/80—Vectors or expression systems specially adapted for eukaryotic hosts for fungi
- C12N15/81—Vectors or expression systems specially adapted for eukaryotic hosts for fungi for yeasts
-
- 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
- C12N9/0004—Oxidoreductases (1.)
- C12N9/0006—Oxidoreductases (1.) acting on CH-OH groups as donors (1.1)
-
- 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
- C12N9/88—Lyases (4.)
-
- 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
- C12P7/00—Preparation of oxygen-containing organic compounds
- C12P7/40—Preparation of oxygen-containing organic compounds containing a carboxyl group including Peroxycarboxylic acids
- C12P7/56—Lactic acid
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C12—BIOCHEMISTRY; BEER; SPIRITS; WINE; VINEGAR; MICROBIOLOGY; ENZYMOLOGY; MUTATION OR GENETIC ENGINEERING
- C12Y—ENZYMES
- C12Y101/00—Oxidoreductases acting on the CH-OH group of donors (1.1)
- C12Y101/01—Oxidoreductases acting on the CH-OH group of donors (1.1) with NAD+ or NADP+ as acceptor (1.1.1)
- C12Y101/01027—L-Lactate dehydrogenase (1.1.1.27)
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C12—BIOCHEMISTRY; BEER; SPIRITS; WINE; VINEGAR; MICROBIOLOGY; ENZYMOLOGY; MUTATION OR GENETIC ENGINEERING
- C12Y—ENZYMES
- C12Y401/00—Carbon-carbon lyases (4.1)
- C12Y401/01—Carboxy-lyases (4.1.1)
- C12Y401/01001—Pyruvate decarboxylase (4.1.1.1)
Landscapes
- Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Health & Medical Sciences (AREA)
- Organic Chemistry (AREA)
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Genetics & Genomics (AREA)
- Zoology (AREA)
- Wood Science & Technology (AREA)
- Bioinformatics & Cheminformatics (AREA)
- General Engineering & Computer Science (AREA)
- General Health & Medical Sciences (AREA)
- Biochemistry (AREA)
- Biotechnology (AREA)
- Microbiology (AREA)
- Biomedical Technology (AREA)
- Molecular Biology (AREA)
- Medicinal Chemistry (AREA)
- Mycology (AREA)
- General Chemical & Material Sciences (AREA)
- Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
- Physics & Mathematics (AREA)
- Biophysics (AREA)
- Plant Pathology (AREA)
- Micro-Organisms Or Cultivation Processes Thereof (AREA)
- Preparation Of Compounds By Using Micro-Organisms (AREA)
Abstract
Description
Изобретение относится к микробиологии и биотехнологии и касается рекомбинантного штамма дрожжей Schizosaccharomyces pombe - продуцента L-молочной кислоты.The invention relates to microbiology and biotechnology and relates to a recombinant strain of the yeast Schizosaccharomyces pombe - a producer of L-lactic acid.
Молочная кислота является платформой для производства различных химических соединений. Последнее десятилетие возрос интерес к получению биоразлагаемого полимера молочной кислоты полилактида, занимающего лидирующее положение по объемам выпуска среди биопластиков. В настоящее время полилактид находит все большее применение, в частности, для производства экологически чистых упаковочных изделий и биодеградируемых имплантатов, в том числе с помощью 3D-принтера.Lactic acid is a platform for the production of various chemical compounds. Over the past decade, interest has increased in the production of a biodegradable polymer of lactic acid polylactide, which occupies a leading position in terms of production among bioplastics. Currently, polylactide is increasingly used, in particular, for the production of environmentally friendly packaging products and biodegradable implants, including using a 3D printer.
В связи с этим разработка эффективных способов производства молочной кислоты является актуальной задачей.In this regard, the development of effective methods for the production of lactic acid is an urgent task.
Традиционно для получения молочной кислоты используют микробиологические способы, основанные на культивировании бактериальных штаммов молочнокислых бактерий.Traditionally, to obtain lactic acid, microbiological methods based on the cultivation of bacterial strains of lactic acid bacteria are used.
Недостатком бактериальных штаммов-продуцентов молочной кислоты является их чувствительность к низким значениям рН и высоким концентрациям молочной кислоты в культуральной жидкости (КЖ), что приводит к замедлению роста культуры, снижению скорости синтеза молочной кислоты и, как следствие, преждевременному завершению процесса ферментации.The disadvantage of bacterial strains producing lactic acid is their sensitivity to low pH values and high concentrations of lactic acid in the culture liquid (CL), which leads to a slowdown in culture growth, a decrease in the rate of lactic acid synthesis and, as a consequence, to the premature completion of the fermentation process.
В качестве альтернативы бактериальным штаммам широко используют штаммы дрожжей, способные к росту и брожению в условиях повышенной кислотности.As an alternative to bacterial strains, yeast strains capable of growth and fermentation under conditions of high acidity are widely used.
Дрожжевые штаммы-продуценты L-молочной кислоты получают путем экспрессии в дрожжевых клетках гетерологичных генов L-лактатдегидрогеназы (L-LDH), в основном из молочнокислых бактерий. При этом в качестве реципиента используют разные виды дрожжей.Yeast strains producing L-lactic acid are obtained by expressing heterologous genes of L-lactate dehydrogenase (L-LDH) in yeast cells, mainly from lactic acid bacteria. In this case, different types of yeast are used as a recipient.
Дрожжевые штаммы, продуцирующие L-молочную кислоту в количествах, сравнимых с производственным уровнем, получены на дрожжах Saccharomyces cerevisiae.Yeast strains producing L-lactic acid in quantities comparable to the production level were obtained from the yeast Saccharomyces cerevisiae.
Штамм Saccharomyces cerevisiae SP7 [Biotechnol. Bioeng. 2015; 112: 751-758], в котором гены PDC1, CYB2 и GPD1 заменены на гены лактатдегидрогеназы из Pelodiscus sinensis, а гены NDE1 и NDE2, отвечающие за внеклеточный редокс-баланс, делетированы, продуцирует L-молочную кислоту в количестве 117 г/л КЖ в ферментере на среде с дрожжевым экстрактом и пептоном, при поддержании рН на уровне 3.5 на протяжении всего процесса культивирования.The Saccharomyces cerevisiae SP7 strain [Biotechnol. Bioeng. 2015; 112: 751-758], in which the genes PDC1, CYB2 and GPD1 are replaced by the genes of lactate dehydrogenase from Pelodiscus sinensis, and the genes NDE1 and NDE2, which are responsible for extracellular redox balance, are deleted, produces L-lactic acid in the amount of 117 g / L CL in a fermenter on a medium with yeast extract and peptone, while maintaining the pH at 3.5 throughout the entire cultivation process.
Известен кислотоустойчивый штамм Saccharomyces cerevisiae [Metab. Eng. 2016;35: 38-45], содержащий гетерологичные гены лактатдегидрогеназ из Pelodiscus sinensis japonicas и Bos taurus, который продуцирует L-молочную кислоту в количестве 142 г/л за 40 ч культивирования в ферментере. Недостатком этого штамма - ауксотрофа по урацилу, триптофану, лейцину и гистидину, является необходимость культивирования его на среде, содержащей дрожжевой экстракт, смесь аминокислот и витаминов, что приводит к значительному увеличению себестоимости конечного продукта.Known acid-fast strain Saccharomyces cerevisiae [Metab. Eng. 2016; 35: 38-45], containing heterologous genes of lactate dehydrogenases from Pelodiscus sinensis japonicas and Bos taurus, which produces L-lactic acid in an amount of 142 g / L for 40 hours of cultivation in a fermenter. The disadvantage of this strain - auxotroph for uracil, tryptophan, leucine and histidine, is the need to cultivate it on a medium containing yeast extract, a mixture of amino acids and vitamins, which leads to a significant increase in the cost of the final product.
Высокой устойчивостью к низким значениям рН среды и высоким концентрациям молочной кислоты обладают также дрожжи Schizosaccharomyces pombe [RU 2268304].The yeast Schizosaccharomyces pombe [RU 2268304] is also highly resistant to low pH values and high concentrations of lactic acid.
Известен [RU 2650669] штамм Schizosaccharomyces pombe ВКПМ Y-4224, полученный путем последовательного трехкратного введения гена лактатдегидрогеназы из Lactobacillus plantarum в состав хромосомы дрожжей S. pombe с инактивированным геном алкогольдегидрогеназы, продуцирующий L-молочную кислоту в количестве 100 г/л за 96 ч культивирования в аэробных условиях.Known [RU 2650669] strain Schizosaccharomyces pombe VKPM Y-4224, obtained by sequential three-fold introduction of the gene of lactate dehydrogenase from Lactobacillus plantarum into the chromosome of S. pombe yeast with inactivated gene of alcohol dehydrogenase, producing in an amount of 100 g / l of culture in aerobic conditions.
Технической проблемой, на решение которой направлено заявляемое изобретение, является расширение арсенала рекомбинантных микроорганизмов, продуцирующих L-молочную кислоту.The technical problem to be solved by the claimed invention is the expansion of the arsenal of recombinant microorganisms that produce L-lactic acid.
Техническим результатом заявляемого изобретения является рекомбинантный штамм дрожжей Schizosaccharomyces pombe Sp-MK6 ВКПМ Y-4822 с делетированным геном пируватдекарбоксилазы PDC1, несущий в составе хромосомы гетерологичные гены лактатдегидрогеназ из Lactobacillus pentosus, Lactobacillus acidophilus и Lactobacillus helveticus - продуцента L-молочной кислоты.The technical result of the claimed invention is a recombinant strain of the yeast Schizosaccharomyces pombe Sp-MK6 VKPM Y-4822 with a deleted pyruvate decarboxylase gene PDC1, which carries heterologous genes of lactate dehydrogenases from Lactobacillus pentosus, Lactobacillus acidophilus Lactobacillus acid Lactobacillus Lactobacillus Lactobacillus Lactobacillus Lactobacillus Lactobacillus Lactobacillus Lactobacillus Lactobacillus Lactobacillus Lactobacillus Lactobacillus Lactobacillus Lactobacillus Lactobacillus Lactobacillus Lactobacillus Lactobacillus Lactobacillus Lactobacillus
Штамм Schizosaccharomyces pombe Sp-MK6 ВКПМ Y-4822 получен путем введения в родительский штамм S. pombe ММ-11, содержащий ген L-LDH из Lactobacillus pentosus и ген KanMX, обеспечивающий устойчивость к генетицину (G418) следующих модификаций:The Schizosaccharomyces pombe Sp-MK6 VKPM Y-4822 strain was obtained by introducing the following modifications into the parental S. pombe MM-11 strain containing the L-LDH gene from Lactobacillus pentosus and the KanMX gene providing resistance to geneticin (G418) of the following modifications:
- последовательное делетирование из хромосомной ДНК штамма S. pombe ММ-11 генов KanMX, URA4 и PDC1;- sequential deletion of the KanMX, URA4 and PDC1 genes from the chromosomal DNA of the S. pombe MM-11 strain;
- интеграция в состав хромосомной ДНК кассеты, содержащей ген URA4 и ген лактатдегидрогеназы из Lactobacillus acidophilus;- integration into the chromosomal DNA of a cassette containing the URA4 gene and the lactate dehydrogenase gene from Lactobacillus acidophilus;
- интеграция в состав хромосомной ДНК кассеты, содержащей ген KanMX и ген лактатдегидрогеназы из Lactobacillus helveticus;- integration into the chromosomal DNA of a cassette containing the KanMX gene and the lactate dehydrogenase gene from Lactobacillus helveticus;
- делетирование из хромосомной ДНК гена KanMX.- deletion of the KanMX gene from chromosomal DNA.
Изобретение проиллюстрировано следующими фигурами графического изображения:The invention is illustrated by the following graphical figures:
Фиг. 1. Кассета для трансформации, содержащая ген URA4 и ген лактатдегидрогеназы из Lactobacillus acidophilus.FIG. 1. Transformation cassette containing the URA4 gene and the lactate dehydrogenase gene from Lactobacillus acidophilus.
Фиг. 2. Кассета для трансформации, содержащая ген KanMX и ген лактатдегидрогеназы из Lactobacillus helveticus.FIG. 2. A transformation cassette containing the KanMX gene and the lactate dehydrogenase gene from Lactobacillus helveticus.
Пример 1. Конструирование заявляемого штаммаExample 1. Construction of the inventive strain
1.1. Делетирование селективного маркера KanMX по lox-сайтам из хромосомной ДНК штамма S. pombe ММ-111.1. Deletion of the selective marker KanMX at lox sites from the chromosomal DNA of the S. pombe MM-11 strain
Делетирование селективного маркера KanMX из хромосомной ДНК штамма S. pombe ММ-11 осуществляют в результате рекомбинации по lox-сайтам с использованием Cre-рекомбиназы. [Biosci Biotechnol Biochem 2004;68(3): 545-550; Yeast 2006;23(11): 813-823].Deletion of the KanMX selectable marker from the chromosomal DNA of the S. pombe MM-11 strain is carried out by recombination at lox sites using Cre recombinase. [Biosci Biotechnol Biochem 2004; 68 (3): 545-550; Yeast 2006; 23 (11): 813-823].
Штамм ММ-11 трансформируют плазмидой, содержащей ген cre-рекомбиназы под контролем промотора nmt1 с селективным маркером Hph, обеспечивающим устойчивость к гигромицину. Трансформанты отбирают на среде YES состава (мас. %): дрожжевой экстракт - 0.5; глюкоза - 3.0; остальное - вода, с гигромицином (50 мкг/мл). Отдельную колонию засевают в пробирку с минеральной средой PMG, не содержащей тиамин [Pombe Glutamate medium, https://domsife.usc.edu/pombenet/media/]. Пробирку инкубируют на качалке (250 об/мин) при температуре 30° в течение 24 ч. Культуру рассевают до отдельных колоний на чашку со средой YES. Отельные колонии с помощью репликатора переносят на среды YES, YES с генетицином (100 мкг/мл) и YES с гигромицином (50 мкг/мл). В результате отбирают колонию, чувствительную к генетицину и гигромицину, и называют ее Sp-MK1.Strain MM-11 is transformed with a plasmid containing the cre-recombinase gene under the control of the nmt1 promoter with a selective marker Hph, which provides resistance to hygromycin. Transformants are selected on YES medium of composition (wt.%): Yeast extract - 0.5; glucose - 3.0; the rest is water, with hygromycin (50 μg / ml). A single colony is inoculated into a tube with thiamine-free PMG mineral medium [Pombe Glutamate medium, https://domsife.usc.edu/pombenet/media/]. The tube is incubated on a shaker (250 rpm) at a temperature of 30 ° for 24 hours. The culture is inoculated to separate colonies on a plate with YES medium. Individual colonies are transferred using a replicator onto media YES, YES with geneticin (100 μg / ml) and YES with hygromycin (50 μg / ml). As a result, a colony sensitive to geneticin and hygromycin is selected and named Sp-MK1.
1.2. Делетирование гена URA4 из хромосомы штамма S. pombe Sp-MK11.2. Deletion of the URA4 gene from the chromosome of the S. pombe Sp-MK1 strain
Готовят компетентные клетки штамма S. pombe Sp-MK1, которые трансформируют методом электропорации линейной плазмидой, содержащей дрожжевой селективный маркер KanMX и объединенные методом ПЦР последовательности Up- и Dn-, расположенные выше и ниже гена URA4 с регуляторными элементами.Prepare competent cells of the S. pombe Sp-MK1 strain, which are transformed by electroporation with a linear plasmid containing the yeast selectable marker KanMX and the Up- and Dn- sequences combined by PCR upstream and downstream of the URA4 gene with regulatory elements.
Селекцию трансформантов ведут на агаризованной среде YES с генетицином (100 мкг/мл) в течение 5 суток при температуре 30°С.The selection of transformants is carried out on agar medium YES with geneticin (100 μg / ml) for 5 days at a temperature of 30 ° C.
Отбирают трансформант T1 c заданным местом инсерции линейной плазмиды в Uр-плечо гена URA4.The T1 transformant is selected with the specified insertion site of the linear plasmid in the Up arm of the URA4 gene.
Делетирование генов URA4 и KanMX ws хромосомной ДНК трансформанта Т1 проводят на минеральной среде PMG с урацилом (200 мкг/мл) с добавлением 5-фтороротовой кислоты (1 мас. %) по методу [https://domsife.usc.edu/pombenet/drugs/]. Делетирование гена URA4 и селективного маркера KanMX происходит по прямым повторам, образовавшимся в результате встраивания плазмиды, по механизму гомологичной рекомбинации. Из отдельных колоний выделяют хромосомную ДНК и анализируют на наличие делеции генов URA4 и KanMX методом ПЦР. Отбирают штамм S. pombe Sp-MK2, который содержит конструкцию pCMV-LDHpent Δura4.Deletion of the URA4 and KanMX ws genes of the chromosomal DNA of the T1 transformant was carried out on the PMG mineral medium with uracil (200 μg / ml) with the addition of 5-fluoroorotic acid (1 wt%) according to the method [https://domsife.usc.edu/pombenet/ drugs /]. Deletion of the URA4 gene and the KanMX selectable marker occurs by direct repeats resulting from the insertion of the plasmid, by the mechanism of homologous recombination. Chromosomal DNA is isolated from individual colonies and analyzed for the presence of a deletion of the URA4 and KanMX genes by PCR. Selected strain S. pombe Sp-MK2, which contains the construct pCMV-LDHpent Δura4.
1.3. Делетирование гена PDC1 из хромосомной ДНК штамма S. pombe Sp-MK21.3. Deletion of the PDC1 gene from the chromosomal DNA of the S. pombe Sp-MK2 strain
Компетентные клетки штамма S. pombe Sp-MK2 трансформируют методом электропорации линейной плазмидой, содержащей дрожжевой селективный маркер URA4 и объединенные методом ПЦР последовательности Up- и Dn-, расположенные выше и ниже структурной части гена PDC1.Competent cells of the S. pombe Sp-MK2 strain are transformed by electroporation with a linear plasmid containing the yeast selection marker URA4 and the Up- and Dn- sequences combined by PCR, located above and below the structural part of the PDC1 gene.
Селекцию трансформантов ведут на агаризованной среде PMG в течение 5 суток при температуре 30°С.The selection of transformants is carried out on agar medium PMG for 5 days at a temperature of 30 ° C.
Отбирают трансформант Т2 с заданным местом инсерции линейной плазмиды в Up-плечо гена PDC1.Selected transformant T2 with a predetermined insertion site of the linear plasmid in the Up-arm of the PDC1 gene.
Далее проводят делетирование генов URA4 и PDC1 из хромосомной ДНК трансформанта Т2 как описано в п. 1.2. Из отдельных колоний выделяют хромосомную ДНК и анализируют на наличие делеции генов URA4 и PDC1 методом ПЦР. Отбирают штамм S. pombe Sp-MK3, который содержит конструкцию pCMV-LDHpent Δura4 Δpdc1.Next, the URA4 and PDC1 genes are deleted from the chromosomal DNA of the T2 transformant as described in clause 1.2. Chromosomal DNA is isolated from individual colonies and analyzed for the presence of a deletion of the URA4 and PDC1 genes by PCR. Selected strain S. pombe Sp-MK3, which contains the construct pCMV-LDHpent Δura4 Δpdc1.
1.4. Введение гена L-LDH лактатдегидрогеназы из Lactobacillus acidophilus в состав хромосомной ДНК штамма S. pombe Sp-MK31.4. Introduction of the L-LDH gene of lactate dehydrogenase from Lactobacillus acidophilus into the chromosomal DNA of S. pombe Sp-MK3 strain
Введение гена L-LDH лактатдегидрогеназы из Lactobacillus acidophilus в состав хромосомной ДНК штамма Sp-MK3 осуществляют путем трансформации кассетой (Фиг. 1), содержащей ген L-LDH из Lactobacillus acidophilus, транскрипция которого находится под контролем промотора pHsp9 и терминатора транскрипции tbGH, и дрожжевой селективный маркер - ген урацила URA4, фланкированный прямыми повторами dr и обеспечивающий прототрофность по урацилу.The introduction of the L-LDH gene of lactate dehydrogenase from Lactobacillus acidophilus into the chromosomal DNA of the Sp-MK3 strain is carried out by transformation with a cassette (Fig. 1) containing the L-LDH gene from Lactobacillus acidophilus, the transcription of which is under the control of the pHsp9 promoter and the yeast transcription terminator tbGH the selective marker is the uracil gene URA4, flanked by direct dr repeats and providing prototrophy for uracil.
Селекцию трансформантов ведут на агаризованной среде PMG в течение 5 суток при температуре 30°С.The selection of transformants is carried out on agar medium PMG for 5 days at a temperature of 30 ° C.
Отбирают трансформанты с инсерцией кассеты, содержащей ген L-LDH из Lactobacillus acidophilus, в хромосомную ДНК S. pombe.Selected transformants with the insertion of a cassette containing the L-LDH gene from Lactobacillus acidophilus into the chromosomal DNA of S. pombe.
Трансформанты культивируют в жидкой питательной среде для определения продукции L-молочной кислоты.The transformants are cultured in a liquid nutrient medium to determine the production of L-lactic acid.
Посевную культуру выращивают в пробирках (50 мл) с 3 мл жидкой питательной среды YPD состава (мас. %): дрожжевой экстракт - 1.0; пептон - 1.5; глюкоза - 2.0; остальное - вода, при 30°С в течение 24 ч на качалке (250 об/мин). Посевной материал вносят в ферментационную среду в соотношении 1/10 об. Культивирование проводят при 30°С на качалке (250 об/мин) в ферментационной среде ФС состава (мас. %): кукурузный экстракт - 2, калий-фосфатный буфер с рН 6.0 - 5, остальное - вода, с добавлением глюкозы (20 мас. %) в пробирках (50 мл) с рабочим объемом 5 мл. Ферментацию продолжают в течение 72 часов. Концентрацию L-молочной кислоты в КЖ определяют согласно методу ВЭЖХ [Acta Biotechnol. 1990; 10(5): 459-468]. По результатам ферментации отбирают наиболее продуктивный штамм S. pombe Sp-MK4, который содержит конструкцию pCMV-LDHpent Δpdc1 pHsp9-LDHaci URA4.The inoculum culture is grown in test tubes (50 ml) with 3 ml of YPD liquid nutrient medium of the composition (wt%): yeast extract - 1.0; peptone - 1.5; glucose - 2.0; the rest is water, at 30 ° C for 24 hours on a rocking chair (250 rpm). The inoculum is introduced into the fermentation medium in a ratio of 1/10 vol. The cultivation is carried out at 30 ° C on a shaker (250 rpm) in a fermentation medium of PS with the composition (wt%): corn extract - 2, potassium phosphate buffer with pH 6.0 - 5, the rest is water, with the addition of glucose (20 wt%). .%) in test tubes (50 ml) with a working volume of 5 ml. Fermentation is continued for 72 hours. The concentration of L-lactic acid in the CL is determined according to the HPLC method [Acta Biotechnol. 1990; 10 (5): 459-468]. Based on the results of fermentation, the most productive strain S. pombe Sp-MK4 is selected, which contains the pCMV-LDHpent Δpdc1 pHsp9-LDHaci URA4 construct.
1.5. Введение гена L-LDH лактатдегидрогеназы из Lactobacillus helveticus в состав хромосомной ДНК штамма S. pombe Sp-MK41.5. Introduction of the L-LDH lactate dehydrogenase gene from Lactobacillus helveticus into the chromosomal DNA of S. pombe Sp-MK4 strain
Введение гена L-LDH лактатдегидрогеназы из Lactobacillus helveticus в состав хромосомной ДНК штамма S. pombe Sp-MK4 осуществляют путем трансформации кассетой (Фиг. 2), содержащей ген L-LDH из Lactobacillus helveticus, транскрипция которого находится под контролем промотора pHsp9 и терминатора транскрипции tbGH. В качестве селективного маркера используют фланкированный сайтами lox66 и lox71 ген устойчивости к генетицину KanMX, транскрипция которого находится под контролем промотора pTEF и терминатора транскрипции tTEF.Introduction of the L-LDH gene of lactate dehydrogenase from Lactobacillus helveticus into the chromosomal DNA of S. pombe Sp-MK4 strain is carried out by transformation with a cassette (Fig. 2) containing the L-LDH gene from Lactobacillus helveticus, the transcription of which is under the control of the pHsp9 promoter tbGH transcription ... As a selectable marker, the gene for resistance to geneticin KanMX flanked by sites lox66 and lox71 is used, the transcription of which is under the control of the pTEF promoter and the tTEF transcription terminator.
Селекцию трансформантов ведут на агаризованной среде YES с генетицином (G418) в количестве 100 мкг/мл в течение 5 суток при температуре 30°С.The selection of transformants is carried out on agar medium YES with geneticin (G418) in an amount of 100 μg / ml for 5 days at a temperature of 30 ° C.
Отбирают трансформанты с инсерцией кассеты, содержащей ген L-LDH из Lactobacillus helveticus, в хромосомную ДНК S. pombe.Selected transformants with the insertion of a cassette containing the L-LDH gene from Lactobacillus helveticus into the chromosomal DNA of S. pombe.
Трансформанты культивируют в жидкой питательной среде для определения продукции L-молочной кислоты, как описано в п. 1.4, и выбирают наиболее продуктивный трансформант Sp-MK5, который содержит конструкцию pCMV-LDHpent Δpdc1 pHsp9-LDHaci URA4 pHsp9-LDHhelv KanMX.The transformants are cultivated in a liquid nutrient medium to determine the production of L-lactic acid, as described in paragraph 1.4, and the most productive transformant Sp-MK5 is selected, which contains the construct pCMV-LDHpent Δpdc1 pHsp9-LDHaci URA4 pHsp9-LDHhelv KanMX.
1.6. Получение заявляемого штамма путем делетирования селективного маркера KanMX по lox-сайтам из хромосомной ДНК штамма S. pombe Sp-MK51.6. Obtaining the claimed strain by deleting the selective marker KanMX at lox sites from the chromosomal DNA of the S. pombe Sp-MK5 strain
Делетирование селективного маркера KanMX по lox-сайтам из хромосомной ДНК штамма S. pombe Sp-MK5 осуществляют, как описано в п. 1.1.Deletion of the selectable marker KanMX at lox sites from the chromosomal DNA of the S. pombe Sp-MK5 strain is carried out as described in clause 1.1.
Отбирают колонию, чувствительную к генетицину и гигромицину. Штамм назван S. pombe Sp-MK6 и содержит конструкцию pCMV-LDHpent Δpdc1 pHsp9-LDHaci URA4 pHsp9-LDHhelv.A colony sensitive to genicin and hygromycin is selected. The strain was named S. pombe Sp-MK6 and contains the construct pCMV-LDHpent Δpdc1 pHsp9-LDHaci URA4 pHsp9-LDHhelv.
В результате получают штамм, в котором делетирован ген пируватдекарбоксилазы PDC1, а в хромосомную ДНК интегрированы гены лактатдегидрогеназ L-LDH из Lactobacillus pentosus, Lactobacillus acidophilus и Lactobacillus helveticus. Штамм способен продуцировать L-молочную кислоту.As a result, a strain is obtained in which the PDC1 pyruvate decarboxylase gene is deleted, and the genes of lactate dehydrogenases L-LDH from Lactobacillus pentosus, Lactobacillus acidophilus and Lactobacillus helveticus are integrated into the chromosomal DNA. The strain is capable of producing L-lactic acid.
Штамм депонирован в Биоресурсном центре Всероссийская Коллекция Промышленных Микроорганизмов (БРЦ ВКПМ) НИЦ «Курчатовский институт» - ГосНИИгенетика (117545 Москва, 1-й Дорожный проезд, д.1) как Schizosaccharomyces pombe ВКПМ Y-4822.The strain was deposited at the Bioresource Center All-Russian Collection of Industrial Microorganisms (BRC VKPM) NRC "Kurchatov Institute" - GosNIIgenetics (117545 Moscow, 1st Dorozhniy proezd, 1) as Schizosaccharomyces pombe VKPM Y-4822.
Штамм характеризуется следующими признаками.The strain is characterized by the following features.
Культурально-морфологические признакиCultural and morphological characteristics
При культивировании при температуре 30°С в течение 72 ч на агаризованной среде PMG культура образует колонии белого или слегка кремоватого оттенка, округлые, выпуклые, с ровным краем.When cultured at a temperature of 30 ° C for 72 h on agar medium PMG, the culture forms colonies of a white or slightly creamy shade, rounded, convex, with a smooth edge.
При культивировании в жидкой среде YES в течение 2-х суток клетки имеют палочковидную форму и размеры 3-4 мкм в диаметре и 7-14 мкм в длину. Осадок формируется.When cultured in a liquid YES medium for 2 days, the cells are rod-shaped and 3-4 µm in diameter and 7-14 µm in length. The precipitate is forming.
Вегетативное размножение - деление клетки пополам.Vegetative reproduction - cell division in half.
Физиолого-биохимические признакиPhysiological and biochemical signs
Культура способна сбраживать глюкозу, сахарозу, мальтозу и раффинозу. Не способна к брожению галактозы, лактозы и мелибиозы. Ассимилирует в качестве единственного источника углерода сахарозу, мальтозу, раффинозу. Не ассимилирует галактозу, целлобиозу, трегалозу, лактозу, ксилозу, арабинозу, рибозу, рамнозу, эритрит, рибитол, маннит, крахмал, янтарную, лимонную кислоты, инозит. Культура не ассимилирует нитраты, не способна расти на среде без витаминов.The culture is capable of fermenting glucose, sucrose, maltose and raffinose. Not capable of fermenting galactose, lactose and melibiose. Assimilates sucrose, maltose, raffinose as the only carbon source. Does not assimilate galactose, cellobiose, trehalose, lactose, xylose, arabinose, ribose, rhamnose, erythritol, ribitol, mannitol, starch, succinic, citric acids, inositol. The culture does not assimilate nitrates, is unable to grow on a medium without vitamins.
Оптимальные условия для поддержания штаммаOptimal conditions for maintaining the strain
Температура 30°С, рН 6, полная дрожжевая среда YES.Temperature 30 ° С, pH 6, complete yeast medium YES.
Штамм хранится в лиофилизированном виде или в жидкой среде YES с глицерином (2 мас. %) при -70°С.The strain is stored in lyophilized form or in a liquid YES medium with glycerol (2 wt.%) At -70 ° C.
Заявляемый штамм Schizosaccharomyces pombe Sp-MK6 ВКПМ Y-4822 сохраняет способность к образованию L-молочной кислоты после 10 последовательных пересевов на полноценной среде.The inventive strain Schizosaccharomyces pombe Sp-MK6 VKPM Y-4822 retains the ability to form L-lactic acid after 10 successive passages on a complete medium.
Пример 2. Уровень продукции L-молочной кислоты при культивировании заявляемого штамма в пробиркеExample 2. The level of production of L-lactic acid during the cultivation of the claimed strain in a test tube
Штамм Schizosaccharomyces pombe Sp-MK6 культивируют в жидкой питательной среде для определения уровня продукции L-молочной кислоты. В качестве контроля используют исходный штамм Schizosaccharomyces pombe ММ-11.The Schizosaccharomyces pombe Sp-MK6 strain is cultured in a liquid nutrient medium to determine the level of L-lactic acid production. The original strain of Schizosaccharomyces pombe MM-11 was used as a control.
Посевную культуру выращивают в пробирках (50 мл) с 3 мл жидкой питательной среды YPD в течение 24 ч на качалке (250 об/мин) при 30°С. Посевной материал вносят в ферментационную среду в соотношении 1/10 об. Культивирование проводят в среде ФС при 30°С на качалке (250 об/мин) в пробирках 50 мл с рабочим объемом 5 мл в течение 72 часов. Концентрацию L-молочной кислоты в КЖ определяют согласно методу ВЭЖХ.The inoculum culture is grown in test tubes (50 ml) with 3 ml of YPD liquid nutrient medium for 24 h on a shaker (250 rpm) at 30 ° C. The inoculum is introduced into the fermentation medium in a ratio of 1/10 vol. The cultivation is carried out in a FS medium at 30 ° C on a shaker (250 rpm) in 50 ml test tubes with a working volume of 5 ml for 72 hours. The concentration of L-lactic acid in the CL is determined according to the HPLC method.
Продукция L-молочной кислоты у штамма Schizosaccharomyces pombe Sp-MK6 составляет 102 г/л, у контрольного штамма Schizosaccharomyces pombe ММ-11 - 60 г/л.The production of L-lactic acid in the Schizosaccharomyces pombe Sp-MK6 strain is 102 g / L, in the control Schizosaccharomyces pombe MM-11 strain - 60 g / L.
Пример 3. Уровень продукции L-молочной кислоты при культивировании заявляемого штамма в ферментереExample 3. The level of production of L-lactic acid during the cultivation of the inventive strain in a fermenter
Культуру клеток штамма Sp-MK6 выращивают на чашках с агаризованной средой YPD в течение 48 часов при 30°С. Полученную биомассу ресуспендируют в стерильной дистиллированной воде. Для приготовления инокулята в качалочных колбах используют жидкую посевную среду YPD. В две качалочные колбы объемом 750 мл с рабочим объемом 50 мл жидкой посевной среды YPD вносят суспензию клеток до получения оптической плотности (OD600) равной 0.1. Колбы инкубируют на качалке при 220 об/мин и температуре 30°С до достижения культурой оптической плотности равной 8.0.The cell culture of strain Sp-MK6 is grown on plates with agar YPD medium for 48 hours at 30 ° C. The resulting biomass is resuspended in sterile distilled water. YPD liquid inoculum is used to prepare inoculum in shake flasks. Cell suspension is added to two shaker flasks with a volume of 750 ml with a working volume of 50 ml of liquid inoculum medium YPD until an optical density (OD 600 ) of 0.1 is obtained. The flasks are incubated on a shaker at 220 rpm and a temperature of 30 ° C until the culture reaches an optical density of 8.0.
Для проведения основного процесса биосинтеза в ферментере КФ-103 (ООО-фирма «Проинтех») используют среду следующего состава (мас. %): K2НРО4 - 0.57; KН2РО4 - 0.34; кукурузный экстракт - 2.0; глюкоза - 19.0; пеногаситель Бреокс - 0.1; вода - остальное.To carry out the main process of biosynthesis in the fermenter KF-103 (LLC-firm "Prointech") use the medium of the following composition (wt.%): K 2 NRO 4 - 0.57; KH 2 PO 4 - 0.34; corn extract - 2.0; glucose - 19.0; antifoam agent Breox - 0.1; water is the rest.
В ферментер вносят культуру, выращенную в качалочных колбах, до стартового значения оптической плотности равной 2.0. Культивирование проводят в ферментере объемом Зле начальным рабочим объемом 1 л при 29°С; начальном перемешивании 300 об/мин и аэрации - 1.0 л/мин. Значение рО2 поддерживают на уровне 20.0% (от насыщения среды воздухом) с использованием каскадной регулировки скорости вращения мешалки. рН=5.0 поддерживают титрованием 25%-м водным раствором аммиака в течение первых 24 часов культивирования, далее титрование отключают.The culture grown in shaking flasks is introduced into the fermenter until the starting optical density is 2.0. The cultivation is carried out in a fermenter with a volume of Zle with an initial working volume of 1 l at 29 ° C; initial stirring 300 rpm and aeration - 1.0 l / min. The pO 2 value is maintained at 20.0% (of the saturation of the medium with air) using cascade control of the stirrer rotation speed. pH = 5.0 is maintained by titration with 25% aqueous ammonia solution during the first 24 hours of cultivation, then the titration is turned off.
Через 24 ч культивирования в КЖ стерильно вносят глюкозу до начальной концентрации и продолжают культивирование до 72 ч.After 24 h of cultivation, glucose is sterilely added to the CL up to the initial concentration, and cultivation is continued up to 72 h.
Штамм Schizosaccharomyces pombe Sp-MK6 ВКПМ Y-4822 продуцирует L-молочную кислоту в количестве 125 г/л за 72 часа культивирования в ферментере в аэробных условиях. Конверсия 56%, скорость синтеза 1.7 г/л/ч, конечный рН=2.7.The Schizosaccharomyces pombe Sp-MK6 VKPM Y-4822 strain produces L-lactic acid in an amount of 125 g / L for 72 hours of cultivation in a fermenter under aerobic conditions. Conversion 56%, synthesis rate 1.7 g / L / h, final pH = 2.7.
Таким образом, сконструирован высокопродуктивный прототрофный штамм Schizosaccharomyces pombe Sp-MK6 ВКПМ Y-4822, способный продуцировать L-молочную кислоту при кислых значениях рН на небогатой среде с кукурузным экстрактом (отходе крахмало-паточного и глюкозного производства). Полученный штамм не обладает антибиотикорезистентностью.Thus, a highly productive prototrophic strain Schizosaccharomyces pombe Sp-MK6 VKPM Y-4822 was constructed, capable of producing L-lactic acid at acidic pH values in a poor medium with corn extract (waste of starch-syrup and glucose production). The resulting strain does not possess antibiotic resistance.
Claims (1)
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2020139937A RU2752896C1 (en) | 2020-12-04 | 2020-12-04 | Strain of yeast schizosaccharomyces pombe, producing l-lactic acid, containing genes of three different heterologous lactate dehydrogenases in chromosome |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2020139937A RU2752896C1 (en) | 2020-12-04 | 2020-12-04 | Strain of yeast schizosaccharomyces pombe, producing l-lactic acid, containing genes of three different heterologous lactate dehydrogenases in chromosome |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU2752896C1 true RU2752896C1 (en) | 2021-08-11 |
Family
ID=77348993
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
RU2020139937A RU2752896C1 (en) | 2020-12-04 | 2020-12-04 | Strain of yeast schizosaccharomyces pombe, producing l-lactic acid, containing genes of three different heterologous lactate dehydrogenases in chromosome |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
RU (1) | RU2752896C1 (en) |
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2827573C1 (en) * | 2023-11-01 | 2024-09-30 | Федеральное государственное бюджетное учреждение "Национальный исследовательский центр "Курчатовский институт" | Schizosaccharomyces pombe mutant as recipient strain and lactic acid producers obtained therefrom |
Citations (5)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US7534597B2 (en) * | 2002-05-30 | 2009-05-19 | Cargill, Inc. | Methods and materials for the production of L-lactic acid in yeast |
RU2614233C1 (en) * | 2015-12-22 | 2017-03-23 | Федеральное государственное бюджетное учреждение "Государственный научно-исследовательский институт генетики и селекции промышленных микроорганизмов" (ФГБУ "ГосНИИгенетика") | Yeast transformant schizosaccharomyces pombe, producing lactic acid (versions) method for production thereof (versions), method for lactic acid microbiological synthesis using this transformant |
RU2650669C1 (en) * | 2016-12-21 | 2018-04-16 | Федеральное государственное бюджетное учреждение "Государственный научно-исследовательский институт генетики и селекции промышленных микроорганизмов Национального исследовательского центра "Курчатовский институт" (НИЦ "Курчатовский институт" - ГосНИИгенетика) | Schizosaccharomyces pombe strain - lactic acid producer |
RU2652877C1 (en) * | 2016-12-21 | 2018-05-03 | Федеральное государственное бюджетное учреждение "Государственный научно-исследовательский институт генетики и селекции промышленных микроорганизмов Национального исследовательского центра "Курчатовский институт" (НИЦ "Курчатовский институт" - ГосНИИгенетика) | Method for modification of yeast schizosaccharomyces pombe by means of the cre-lox system of bacteriophage p1, transformant that is obtained in such a method and the method of microbiological synthesis of dairy acid |
US20180320206A1 (en) * | 2015-06-12 | 2018-11-08 | Cj Cheiljedang Corporation | Microorganism producing lactic acid and method for producing lactic acid using same |
-
2020
- 2020-12-04 RU RU2020139937A patent/RU2752896C1/en active
Patent Citations (5)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US7534597B2 (en) * | 2002-05-30 | 2009-05-19 | Cargill, Inc. | Methods and materials for the production of L-lactic acid in yeast |
US20180320206A1 (en) * | 2015-06-12 | 2018-11-08 | Cj Cheiljedang Corporation | Microorganism producing lactic acid and method for producing lactic acid using same |
RU2614233C1 (en) * | 2015-12-22 | 2017-03-23 | Федеральное государственное бюджетное учреждение "Государственный научно-исследовательский институт генетики и селекции промышленных микроорганизмов" (ФГБУ "ГосНИИгенетика") | Yeast transformant schizosaccharomyces pombe, producing lactic acid (versions) method for production thereof (versions), method for lactic acid microbiological synthesis using this transformant |
RU2650669C1 (en) * | 2016-12-21 | 2018-04-16 | Федеральное государственное бюджетное учреждение "Государственный научно-исследовательский институт генетики и селекции промышленных микроорганизмов Национального исследовательского центра "Курчатовский институт" (НИЦ "Курчатовский институт" - ГосНИИгенетика) | Schizosaccharomyces pombe strain - lactic acid producer |
RU2652877C1 (en) * | 2016-12-21 | 2018-05-03 | Федеральное государственное бюджетное учреждение "Государственный научно-исследовательский институт генетики и селекции промышленных микроорганизмов Национального исследовательского центра "Курчатовский институт" (НИЦ "Курчатовский институт" - ГосНИИгенетика) | Method for modification of yeast schizosaccharomyces pombe by means of the cre-lox system of bacteriophage p1, transformant that is obtained in such a method and the method of microbiological synthesis of dairy acid |
Non-Patent Citations (1)
Title |
---|
БОРЩЕВСКАЯ Л.Н. и др. Сравнение L-лактатдегидрогеназ различного происхождения в клетках дрожжей Schizosaccharomyces pombe. Биотехнология, 2015, т. 31, N 6, с. 25-34. * |
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2827573C1 (en) * | 2023-11-01 | 2024-09-30 | Федеральное государственное бюджетное учреждение "Национальный исследовательский центр "Курчатовский институт" | Schizosaccharomyces pombe mutant as recipient strain and lactic acid producers obtained therefrom |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
US8900835B2 (en) | Engineering of thermotolerant Bacillus coagulans for production of D(−)-lactic acid | |
US8507250B2 (en) | Methods and genetically engineered micro-organisms for the combined production of PDO, BDO and PHP by fermentation | |
CN1238490C (en) | Stable recombinant yeasts for fermenting xylose to ethanol | |
JP2001516584A (en) | Yeast strain for lactic acid production | |
CN102618478B (en) | Strain producing dynamic controlling recombinant strain and method for preparing D-lactic acid with recombinant strain | |
JP7343510B2 (en) | Microorganisms and methods for lactic acid production | |
CN101338291B (en) | Method for preparing coronatine and special strain thereof | |
RU2539092C1 (en) | RECOMBINANT STRAIN OF YEASTS Schizosaccharomyces pombe - PRODUCENT OF LACTIC ACID | |
RU2652877C9 (en) | Method for modification of yeast schizosaccharomyces pombe by means of the cre-lox system of bacteriophage p1, transformant that is obtained in such a method | |
RU2752896C1 (en) | Strain of yeast schizosaccharomyces pombe, producing l-lactic acid, containing genes of three different heterologous lactate dehydrogenases in chromosome | |
WO2018010698A1 (en) | Bacterium, obtaining method therefor, and applications thereof | |
KR102202694B1 (en) | Novel methylotrophic bacteria variant with overexpression of ftfL gene and method for producing PHB using the same | |
RU2650669C1 (en) | Schizosaccharomyces pombe strain - lactic acid producer | |
RU2827573C1 (en) | Schizosaccharomyces pombe mutant as recipient strain and lactic acid producers obtained therefrom | |
CN1800349B (en) | Synthesis of polyhydroxyalkanoates in the cytosol of yeast | |
US20200131538A1 (en) | Microorganism with stabilized copy number of functional dna sequence and associated methods | |
CN115011494B (en) | Construction and application of saccharomyces cerevisiae capable of producing fatty acid without producing ethanol | |
CN109554321A (en) | A kind of genetic engineering bacterium of high yield lipopeptid and its application | |
RU2788528C1 (en) | Yeast strain komagataella phaffii with an inactivated leu2 gene as a recipient for constructing strains producing heterologous proteins | |
RU2487931C1 (en) | STRAIN OF YEAST Yarrowia lipolytica VKPM Y-3753 - PRODUCENT OF SUCCINIC ACID | |
CN118525102A (en) | Glucose and xylose mixtures for the fermentative preparation of anthranilic acid | |
JP4059454B2 (en) | Liquor, food production method | |
CN117487680A (en) | Construction and application of yeast engineering strain for synthesizing omega-amino fatty acid | |
CN115851474A (en) | Method for synthesizing resveratrol through multi-copy integration and high-density fermentation | |
JP2006191908A (en) | Method for growing cell improved with short chain fatty acid resistance |