一種提高大腸桿菌對黃酮類化合物耐受性的方法
2023-05-18 17:06:21
一種提高大腸桿菌對黃酮類化合物耐受性的方法
【專利摘要】本發明公開了一種提高大腸桿菌對黃酮類化合物耐受性的方法，屬於遺傳工程領域。本發明通過蛋白質組學方法發現FadL表達量的增加能夠緩解E.coli在黃酮類化合物存在的不利環境中的生長，也即是FadL蛋白可以提高E.coli對黃酮類化合物的耐受性，然後通過基因工程技術，將來源於E.coli?BL21(DE3)的fadL基因過量表達於E.coli?BL21(DE3)中，獲得一株能耐受黃酮類化合物的工程菌，外源添加黃酮類化合物於E.coli生長環境中，相較於原始菌，工程菌的最大比生長速率相較於原始菌提高了2.53倍。
【專利說明】一種提高大腸桿菌對黃酮類化合物耐受性的方法
【技術領域】
[0001] 本發明涉及一種提高大腸桿菌對黃酮類化合物耐受性的方法，屬於遺傳工程領域。
【背景技術】
[0002]黃酮類化合物(Flavonoids)是自然界種類最多的多酚類植物次級代謝產物，廣泛存在於植物界中，目前已經發現的種類已超過8000多種。黃酮類化合物具有廣泛的藥學價值，具有較強的抑菌、抗炎、抗氧化、抗腫瘤、清除自由基、免疫調節、抗癌、抗病毒、降血糖、抗輻射和降血脂等多種生物學作用。隨著對黃酮類化合物生物活性研究的逐步深入，對其的開發利用也越來越多，對其的需求量也越來越大，近年來，黃酮類化合物的市場每年增長30%以上，在藥品和營養化學品領域上具有廣闊的應用前景。但天然黃酮類物質的獲得受到時間和區域的限制，而且在植物中含量低，不利於迅速研究和臨床檢驗，並且化學結構很複雜，用化學合成法很複雜，不利於大規模的生產。因此用微生物生產黃酮類化合物越來越受到人們的重視。
[0003]隨著黃酮類化合物的應用範圍越來越廣，其需求量也在不斷的增大，從植物中提取有各種各樣的問題，因此，通過微生物發酵生產黃酮類化合物具有很大的應用前景。目前，黃酮類化合物生物合成的代謝途徑已經非常清楚，黃酮類化合物的基本骨架是由3個丙二醯輔酶A(malonylCoA)和I個香豆醯輔酶A (coumaroylCoA)在查爾酮合成酶(CHS)的催化下合成的，然後其他種類的黃酮是在母核的基礎上通過羥基、甲氧基取代或烷基化等化學反應生成的。
[0004]大腸桿菌遺傳背景清晰，分子操作技術完善，是生物技術生產平臺的首選，因此很早就有人通過改造E.coli相關代謝途徑生產黃酮類化合物。目前很多研究成功通過基因工程等技術手段實現了多種黃酮類化合物在E.coli中的合成，如柚皮素、槲皮素、白藜蘆醇等。但是黃酮類化合物本身對E.coli生長具有一定的抑制作用，主要是通過以下幾種機制:①破壞細胞壁及細胞膜的完整性，改變細胞膜滲透性，進而破壞細胞膜的功能，影響細菌的生長；②抑制核酸的合成，槲皮素、芹黃素、五羥基黃酮等能夠抑制E.coli的DNA旋轉酶的活性進而抑制DNA的合成，蘆丁能夠促進E.coli的DNA裂解，導致SOS反應發生，從而抑制菌體的生長抑制能量代謝，通過抑制ATP合酶的活力進而抑制胞內ATP的含量，影響菌體的生長。因此利用E.coli生產黃酮類化合物必須要考慮黃酮類化合物對E.coli的毒性作用。
[0005]目前，FadL蛋白的功能主要是作為大腸桿菌長鏈脂肪酸外膜轉運蛋白，也參與轉運一些小分子物質，如:糖類、有機酸和醇類物質等。
【發明內容】
[0006]本發明要解決的第一個技術問題是提供一種提高微生物對黃酮類化合物耐受性的方法，是在微生物中過量表達FadL蛋白。[0007]編碼所述FadL蛋白的核苷酸序列如SEQ ID N0.1所示。
[0008]所述黃酮類化合物是蘆丁、柚皮素或白藜蘆醇。
[0009]所述FadL蛋白的獲得，是在E.Coli生長穩定期添加黃酮類化合物刺激菌體，然後收集菌體細胞，提取膜蛋白，通過蛋白質組學分析，發現FadL蛋白的表達量有顯著提高，並通過過量表達FadL蛋白進一步驗證其功能。
[0010]所述FadL蛋白還可應用於提高細胞產黃酮類化合物的能力。
[0011]通過在大腸桿菌中過量表達所述FadL蛋白，大腸桿菌對黃酮類化合物的耐受性得到提聞。
[0012]本發明要解決的第二個技術問題是提供一種對黃酮類化合物耐受性提高的基因工程菌。所述基因工程菌是重組大腸桿菌，是以pACYC-Duetl為表達載體，在E.coli中過量表達FadL蛋白得到。
[0013]所述E.Coli 是 E.coli BL21(DE3)。
[0014]本發明確認了 FadL蛋白的新功能，在大腸桿菌中過量表達該蛋白，並測定菌體在含黃酮類化合物的環境中的生長曲線，證明該蛋白的過量表達提高了 E.coli對黃酮類化合物的耐受能力。當環境中存在lg/L蘆丁或柚皮素或白藜蘆醇時，相比未過量表達FadL蛋白的菌株，過量表達FadL蛋白的微生物的比生長速率提高了兩倍多。
【具體實施方式】
[0015]實施例1FadL的發現
[0016]用接種針在E.coli BL21(DE3)平板上挑取單菌落接種於25mL LB培養基，活化12h。按照I %的接種量分別接種於4瓶25mL LB培養基，置於37°C搖床(200rpm)培養至穩定期後，其中三瓶分別添加25 μ L0.lg/L的蘆丁或柚皮素或白藜蘆醇(用DMSO溶解)，另外一瓶添加25 μ L DMSO作為對照，培養3h後8000rpm低溫離心收集菌體，用去離子水洗3次後按照FOOJS? GlobalFractionation說明書提取膜蛋白，並用2_D Clean-Up試劑盒除去蛋白樣品中的離子，最後用非幹擾性蛋白質濃度測定試劑盒測定樣品中的濃度，最後按照450 μ L含有800ng的濃度水化上樣，使用24cm的pH4_7的膠條進行IEF，然後平衡兩次後用13.5%的SDS-PAGE進行第二向，結束後用R250進行染色12h，脫色後用ImageScanner III儀器對膠進行拍照，獲得清楚圖像後用TOQuest進行圖譜分析。其中一個膠點在有蘆丁、柚皮素和白藜蘆醇的樣品中相較於對照組均有2倍以上的上調，將此點挖出進行脫色，脫水，酶解等步驟，然後利用MALD1-T0F/MS質譜對肽段樣品進行蛋白質鑑定，通過檢索MatrixScience資料庫得出此點是E.coli屬的FadL蛋白。
[0017]實施例2耐黃酮類化合物工程菌的構建
[0018]根據NCBI中fadL的基因序列設計引物進行擴增，分別連接到克隆載體pMD19_T測序，獲得正確的轉化子後進行雙酶切連接到質粒pACYC-Duetl上，構建得到重組質粒pACYC-fadL，將構建好的表達載體轉化到E.coli JM109，塗布到含有氯黴素的LB培養基上(酵母膏5g/L，蛋白腖10g/L，NaC110g/L，固體培養基加20g/L瓊脂，121°C滅菌15min)，挑取轉化後平板上的轉化子進行PCR驗證，得到正確的單菌落進行發酵提取質粒，將質粒轉入E.coli BL21(DE3)感受態，塗布到含有氯黴素的LB培養基上，挑取轉化後平板上的轉化子進行PCR驗證，得到正確的單菌落即為重組菌株，也即獲得高耐受黃酮類化合物的E.coliBL21(DE3)工程菌。
[0019]實施例3高耐受黃酮類化合物E.coli BL21 (DE3)工程菌生長曲線測定
[0020]挑取工程菌和含有空質粒pACYC-Duetl的E.coli BL21 (DE3)單菌落接種到含有氯黴素的M9培養基(13.3g/L M9CA Broth、0.2 %葡萄糖、ImM硫酸鎂、0.5 μ g/mLthiamine-HCl)中活化IOh後，按I %接種量接入含有I %氯黴素、lg/L黃酮類化合物(蘆丁或柚皮素或白藜蘆醇)，以及不同濃度的IPTG(0，100, 200, 400 μ Μ)的Μ9培養基中，30°C 200rpm培養，每隔Ih測一次OD6tltl直至菌株生長到穩定期。根據公式μ = dx/x*dt算出菌株的比生長速率圖，然後得出最大比生長速率μ_，發現在有lg/L蘆丁的環境中工程菌的^ max為0.486，而原始菌株的為0.24，生長速率提升了 2.0倍；在lg/L的柚皮素環境中工程菌的μ max為0.48，而原始菌株的為0.21，生長速率提升了 2.29倍；在lg/L的白藜蘆醇環境中工程菌的Umax為0.329，而原始菌株的為0.13，生長速率提升了 2.53倍。
[0021]雖然本發明已以較佳 實施例公開如上，但其並非用以限定本發明，任何熟悉此技術的人，在不脫離本發明的精神和範圍內，都可做各種的改動與修飾，因此本發明的保護範圍應該以權利要求書所界定的為準。
【權利要求】
1.一種提高微生物對黃酮類化合物耐受性的方法，其特徵在於，是在微生物中過量表達FadL蛋白。
2.一種提高大腸桿菌對黃酮類化合物耐受性的方法，其特徵在於，是在大腸桿菌中過量表達SEQ ID N0.1所示核苷酸序列編碼的FadL蛋白。
3.根據權利要求2所述的方法，其特徵在於，以pACYC-Duetl為表達載體，在E.coliBL21(DE3)中過量表達FadL蛋白，提高E.coli BL21(DE3)對黃酮類化合物的耐受性。
4.根據權利要求1-3任一所述的方法，其特徵在於，所述黃酮類化合物是蘆丁、柚皮素或白藜蘆醇。
5.一種對黃酮類化合物耐受性提高的大腸桿菌基因工程菌，其特徵在於，過量表達了SEQ ID N0.1所示核苷酸序列編碼的FadL蛋白。
6.根據權利要求5所述的大腸桿菌基因工程菌，其特徵在於，是以pACYC-Duetl為表達載體，在E.coli BL21(DE3)中過量表達FadL蛋白。
7.權利要求5所述的大腸桿菌基因工程菌在黃酮類化合物生產中的應用。
【文檔編號】C12P7/22GK103923863SQ201410169821
【公開日】2014年7月16日 申請日期:2014年4月24日 優先權日:2014年4月24日
【發明者】陳堅, 周景文, 王奎, 李江華, 堵國成 申請人:江南大學