[發明專利]一種鏈霉菌改造菌及其在降解羽毛中的應用

在審

• 申請號: 202110318073.5
• 申請日: 2021-03-25
• 公開（公告）號: CN113106044A
• 公開（公告）日: 2021-07-13
• 發明（設計）人: 羅曉春;梁爽;李志偉;張明舒;陸雯珺;陸德林;鄧俊勁
• 申請（專利權）人: 華南理工大學
• 主分類號: C12N1/21
• 分類號: C12N1/21;C12N15/76;C12P1/04;C12R1/465
• 代理公司: 廣州市華學知識產權代理有限公司 44245
• 代理人: 蘇運貞

本發明公開了一種鏈霉菌改造菌及其在降解羽毛中的應用。本發明菌株是半胱氨酸雙加氧酶CDO1和蛋白酶Sep39過表達的鏈霉菌SCUT?1重組菌。該菌可高效降解羽毛，其固態發酵工藝可將羽毛中難以降解的角蛋白，轉化為可溶性蛋白和游離氨基酸，并表現出比野生型鏈霉菌SCUT?1更高的降解率和蛋白轉化率。以羽毛為唯一的碳源和氮源制成發酵培養基，向發酵培養基中接種本發明的鏈霉菌改造菌，進行固態發酵，即可實現羽毛的高效降解，可溶性蛋白和氨基酸含量高達0.2g/g和0.29g/g。通過上述方法獲得的羽毛粉是非常好的動物、植物和微生物蛋白質營養，可為禽畜類飼料提供更有營養的添加劑或替代品，具有良好的應用前景。

技術領域

本發明涉及基因工程技術領域，特別涉及一種鏈霉菌改造菌及其在降解羽毛中的應用。

背景技術

農業活動的核心目的是為人類生產有機營養，而含氮營養源的成本最高。作物生產中50％的氮輸入來自化肥，另外50％由與植物共生的固氮生物完成。每年生產10⁶噸氮肥消耗了世界1.5％的能源消耗，最終只有約12％的氮通過動植物食品來源流向人類。在所有這些農業活動中，產生了大量的含氮廢物，其中羽毛是最豐富的廢物之一，全世界每年產生超過千萬噸。羽毛主要由β-角蛋白組成，其蛋白質含量約為85％，家禽羽毛約占活家禽重量的5-10％是肥料和動物飼料的寶貴來源。然而，由于含有大量的二硫鍵，其極難降解且不能被動物消化。

物理和化學法處理羽毛，例如熱堿法(Cheong,C.W.,et al.2018Chicken feathervalorization by thermal alkaline pretreatment followed by enzymatichydrolysis for protein-rich hydrolysate production.Waste Management 79:658-666.)和蒸汽爆炸法(專利CN200910170082.3)，不僅需要較高的能耗和腐蝕性化學物質且伴隨著大量污染物的產生，還會對氨基酸造成一定程度的破壞。

為了開發更綠色更高效的羽毛降解方法，人們對角蛋白酶進行了深入研究，并開發了一些重組角蛋白酶。但在二硫鍵沒有斷裂的情況下，角蛋白酶的羽毛水解效率太低，無法滿足工業需求(專利CN201911199170.6)，且酶的高成本和需在溶液中水解羽毛的特點導致難以實現大批量處理。羽毛降解菌可以直接提供還原力和蛋白酶降解羽毛，被認為是成本更低，更綠色的選擇。地衣芽孢桿菌ABTNL-1 36小時在1％的羽毛培養基中降解率可達85％(專利CN201710605993.9)。蘇云金芽孢桿菌ABTNL-4水解1％的羽毛培養基，降解率也可達95％(專利CN201710605967.6)。地衣芽孢桿菌BBE11-1和嗜麥芽孢桿菌BBE11-1的共培養法發酵可有效在48小時降解5％的羽毛，降解率可達81.8％，蛋白轉化率可達70％(Peng,Z.,et al.2019Effective biodegradation of chicken feather waste by co-cultivation of keratinase producing strains.Microbial cell factories 18(1):84.)(專利CN201711236769.3)。這些羽毛降解菌都需要高含水量的液態發酵(羽毛含量≤5％)才能降解羽毛，這降低了批量處理效率，且烘干步驟增加了用作動物飼料的成本，削弱了工業應用性。在工業生產中，由于固態發酵具有能耗低，耗水少和設備簡單的優點，因此被廣泛使用。近期我們小組報道了一株高效羽毛降解菌——鏈霉菌SCUT-1，其不僅可在48小時內完全降解1％的羽毛，還可在40％的羽毛固態發酵中第六天表現出很高的降解率(50％)，其中可溶性肽有0.12g/g，可溶性氨基酸有0.22g/g(專利CN110317748A)，但仍有66％不能直接溶解，而優質多肽氨基酸飼料添加劑約為50％，具有進一步改進提升其經濟和營養價值的空間。