[發明專利]一種在高溫高光下快速生長的工程藍細菌及其制備方法

在審

• 申請號: 202310163037.5
• 申請日: 2023-02-24
• 公開（公告）號: CN116083335A
• 公開（公告）日: 2023-05-09
• 發明（設計）人: 呂雪峰;孫繪梨;欒國棟;馬依凡
• 申請（專利權）人: 中國科學院青島生物能源與過程研究所
• 主分類號: C12N1/21
• 分類號: C12N1/21;C12N15/31;C12N15/74;C12R1/01
• 代理公司: 武漢大楚知識產權代理事務所(普通合伙) 42257
• 代理人: 楊旭瑞

本發明涉及一種制備在高溫高光下快速生長的工程藍細菌的方法，包括將出發藍細菌基因組中的HypE蛋白的編碼基因進行突變的步驟；還涉及該方法制備的在高溫高光下快速生長的工程藍細菌。本發明通過對出發藍細菌進行遺傳改造，對藍細菌基因組中的HypE蛋白進行特定的突變，將該突變與藍細菌中的另一些突變組合，可提高藍細菌對高溫高光脅迫的耐受力，并使工程菌株能夠在高溫高光下快速生長，因此可大幅提高藍細菌的產量，并且作為“細胞工廠”的底盤菌具有更高效地生產目的產物的潛力。

技術領域

本發明屬于藍細菌遺傳工程領域，更特別地，涉及一種在高溫高光下快速生長的工程藍細菌及其制備方法。

背景技術

藍細菌是一類進行植物型放氧光合作用的原核微生物，能夠利用太陽能將二氧化碳轉化為各類碳水化合物。因為具有結構簡單、生長迅速、遺傳改造便捷等優勢，藍細菌被認為是極具潛力的生物能源和生物基化學品光合合成平臺。通過外源代謝途徑的引入和背景代謝網絡的改造，已經在藍細菌中實現了烴、糖、醇、酮、酸、萜類以及脂肪族化合物等數十種天然和非天然代謝產物的定向光合合成。

基于經濟和環境上的整體考慮，藍細菌光合細胞工廠的規模化培養需要在戶外開放式環境中進行。但是，戶外的光照強度和溫度成周期性節律變化，其峰值遠遠超過藍細菌培養的適宜溫度；而且戶外溫度和光照的動態變化具備高度的重合性，自然光照最強時往往也是環境溫度的峰值階段。研究顯示，高光會打破細胞內的氧化還原平衡，由此積累的活性氧會破壞關鍵的細胞成分，導致生長和物質合成能力下降；高溫會強烈影響細胞化學成分和細胞膜的流動性，其中蛋白和酶的穩定性受到破壞會導致細胞代謝紊亂。高溫高光超過一定程度會導致細胞死亡。

目前已有一些研究篩選耐高溫高光的藍細菌，或對一些藍細菌進行遺傳改造，提高其耐高溫高光的能力。有報道指出，聚球藻PCC?7942的ATP合酶α亞基發生C252Y突變(第252位的半胱氨酸突變為酪氨酸)的突變株能夠耐受高溫高光脅迫(Lou,Wenj?i?ng,et?al.2018A?spec?i?f?i?c?s?i?ng?l?enuc?l?eot?i?de?po?l?ymorph?i?sm?i?n?the?ATPsynthase?gene?s?i?gn?i?f?i?cant?l?y?improves?env?i?ronmenta?l?stress?to?lerance?of?Synechococcus?elongatus?PCC?7942.App?l?i?ed?and?Env?i?ronmenta?l?Mi?crob?i?o?l?ogy?84(18):e01222-18.)。但是，該突變株在高溫高光脅迫下的生長速度上并不占優勢。

因此，需要一種可提高藍細菌在高溫高光下生長速度的方法，以及由此獲得的能在高溫高光下快速生長的底盤藍細菌，從而實現在規模化條件穩定、高效地合成和積累生物質和目標產物。

發明內容

為解決以上問題，本發明提供了一種制備在高溫高光下快速生長的工程藍細菌的方法，包括將出發藍細菌基因組中的HypE蛋白的編碼基因進行突變的步驟。

在一個具體實施方案中，所述出發藍細菌為聚球藻PCC?7942，所述HypE蛋白第199位賴氨酸突變為脯氨酸。

在一個具體實施方案中，所述HypE蛋白的編碼基因為synpcc7942_1799，將第596位的胸腺嘧啶核苷酸突變為胞嘧啶核苷酸。

在一個具體實施方案中，所述方法還包括將所述出發藍細菌基因組中的ATP合酶α亞基的編碼基因進行突變的步驟。

在一個具體實施方案中，所述ATP合酶α亞基第252位半胱氨酸突變為酪氨酸的步驟。

在一個具體實施方案中，所述ATP合酶α亞基的編碼基因為synpcc7942_0336，將第755位的鳥嘌呤核苷酸突變為腺嘌呤核苷酸。

本發明還提供了上述方法制備得到的一種在高溫高光下快速生長的工程藍細菌。