用于增强低聚糖利用的工程化的微生物制造技术

本文公开了用于增强低聚糖利用和提高从低聚糖的代谢中获得的化合物的产量的基因修饰的微生物和相关方法。本文所述的微生物中的质膜ATP酶蛋白(PMA1)和/或一种或多种胞外葡萄糖感受器，即蔗糖非发酵蛋白(SNF3)、恢复型葡萄糖转运蛋白(RGT2)和G蛋白偶联受体1蛋白(GPR1)的活性发生了改变。这些基因修饰为所述微生物提供了增强的利用低聚糖产生目标化合物，特别是塔格糖、2’‑岩藻糖基乳糖和阿洛酮糖的能力。还提供了在此类低聚糖存在下培养所述微生物以产生所述目标产物的方法。

Engineered microorganisms for enhanced utilization of oligosaccharides

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】用于增强低聚糖利用的工程化的微生物相关申请本申请要求2017年6月30日提交的美国临时申请号62/527,182的优先权，所述申请据此以引用的方式整体并入。
技术介绍
低聚糖是低分子量碳水化合物，其含有具有介于2与10之间的聚合度(DP)的糖部分。低聚糖可从天然来源中获得，并且也可合成得到。一些微生物天然地消耗低聚糖，并利用低聚糖作为其能量来源。低聚糖的各种天然来源包括牛乳、蜂蜜、甘蔗汁、黑麦、大麦、小麦、大豆、小扁豆、芥菜、水果和蔬菜如洋葱、芦笋、甜菜、朝鲜蓟、菊苣、韭菜、大蒜、香蕉、雪莲果、番茄和竹笋。常见的低聚糖制造方法包括多糖的水解、双糖或单糖底物的化学和酶聚合。多糖的酸、碱和酶水解产生具有所需结构和功能特性的低聚糖。一般说来，酶促法由于其高选择性和产率及环境友好性质而对低聚糖合成是优选的。其他低聚糖可通过引入外源性基因被工程化以实现低聚糖的消耗。功能性低聚糖已成为食品和膳食补充剂中有价值的组分。它们对结肠微生物的消化和发酵的抗性使低聚糖具有营养优势。除了作为膳食纤维、甜味剂和保湿剂，它们还被誉为益生元。其有益效果包括从抗氧化、抗炎、免疫调节、抗高血压和抗过敏到抗癌、神经保护及皮肤屏障功能和水合作用的改善。生物活性低聚糖的日益流行加速了从新的、可持续的来源产生它们的研究。低聚糖常被用作碳源或原料，以便为用于产生所需产物的基因修饰的微生物中的发酵或其它代谢过程提供燃料。然而，此过程的效率受到基因修饰的微生物有效利用所提供的碳源的能力的限制。此外，所有天然和常规的基因工程化低聚糖利用系统在低聚糖运输到微生物中期间或在低聚糖裂解期间都会损失能量。这种能量损失降低了微生物生产化学物质的效率，从而又增加了生产的成本和时间。因此，需要用于优化微生物对低聚糖的利用以减少生产化学物质的时间和费用的组合物和方法。
技术实现思路
提供了呈现增强的低聚糖利用的微生物。在某些实施方案中，所述微生物包含以下一种或多种基因修饰：i)提高质膜ATPase蛋白(PMA1)的活性，和/或ii)降低蔗糖非发酵蛋白(SNF3)的活性，和/或iii)降低恢复型葡萄糖转运蛋白(RGT2)的活性，和/或iv)降低G蛋白偶联受体1蛋白(GPR1)的活性。在某些实施方案中，导致i)、ii)、iii)和iv)的这些基因修饰分别在质膜ATPase基因(Pma1)、蔗糖非发酵基因(Snf3)、葡萄糖转运基因(Rgt2)和G蛋白偶联受体1基因(Gpr1)中产生。与亲代微生物相比，本文所述的微生物具有提高的利用低聚糖从那些低聚糖的代谢中产生目标产物的能力。因此，提供了通过在含有低聚糖的培养基中培养本公开的微生物并从培养基中获得目标产物来产生所述目标产物的方法。在一些实施方案中，微生物是细菌或真菌，例如丝状真菌或酵母。在特定实施方案中，微生物是酵母，例如酿酒酵母。附图说明图1显示组成型活性Pma1的引入在胞外葡萄糖不存在下改善低聚糖的利用。图2显示胞外葡萄糖感受器Snf3和Rgt2的破坏在胞外葡萄糖不存在下改善低聚糖的利用。图3显示组成型活性Pma1与破坏Snf3Rgt2胞外葡萄糖感受器的组合在胞外葡萄糖不存在下协同地改善低聚糖的利用。图4示出了塔格糖(作为所需产物的一个实例)产量在具有Snf3和Rgt2破坏的菌株中的增加。图5示出了SEQIDNO.1的序列。图6示出了SEQIDNO.2的序列。图7示出了SEQIDNO.3的序列。图8示出了SEQIDNO.4的序列。图9示出了2FL(作为所需产物的一个实例)产量在具有Snf3和Rgt2破坏的菌株中的增加。具体实施方式定义为了方便起见，在这里收集了说明书、实施例和所附权利要求书中使用的某些术语。除非上下文另外清楚地指出，如本文所用的单数形式“一个”、“一种”及“所述”也意图包括复数形式。术语“约”意指如由本领域普通技术人员所确定的，在特定值的可接受误差范围内，这部分地取决于如何测量或测定该值，即，测量体系的限制。当术语“约”或“大致”在含有成分或条件如温度之量的组合物的情况下使用时，这些值包括规定的值，其变动范围为0-10％的所述值(X±10％)。术语“包括(including)”、“包括(includes)”、“具有(having)”、“具有(has)”、“拥有(with)”或其变型以类似于术语“包含(comprising)”的方式为包含性的。术语“组成”及组成的语法变型涵盖仅具有所列要素并且排除任何其它要素的实施方案。短语“基本上由……组成(consistingessentiallyof)”或“基本上由……组成(consistsessentiallyof)”涵盖含有指定材料或步骤的实施方案及包括不实质上影响实施方案的基本和新型特征的材料和步骤的那些实施方案。范围用简写的方式表示，以避免详细地列举和描述范围内的每个值。因此，当为一个值指定范围时，可以选择范围内的任何适当值，并且这些值包括范围的上限值和下限值。举例来说，2至30的范围表示2和30的端值，以及2至30之间的中间值，并且所有中间范围都涵盖在2至30内，如2至5、2至8、2至10等等。如本文所用的术语“基因修饰”是指改变微生物中的基因组DNA。典型地，基因修饰改变由所改变的基因编码的蛋白质的表达和/或活性。术语“低聚糖”是指长度不同的单糖聚合物并且包括：蔗糖(1个葡萄糖单体和1个果糖单体)、乳糖(1个葡萄糖单体和1个半乳糖单体)、麦芽糖(1个葡萄糖单体和1个葡萄糖单体)、异麦芽糖(2个葡萄糖单体)、巴糖(1个葡萄糖单体和1个果糖单体)、海藻糖(2个葡萄糖单体)、海藻酮糖(1个葡萄糖单体和1个果糖单体)、纤维二糖(2个葡萄糖单体)、纤维三糖(3个葡萄糖单体)、纤维四糖(4个葡萄糖单体)、纤维五糖(5个葡萄糖单体)和纤维六糖(6个葡萄糖单体)。术语“微生物”是指能够在有或没有修饰的情况下进行低聚糖消耗或利用的原核或真核微生物。术语“提高的利用”是指与亲代微生物相比微生物在低聚糖消耗上的改善，具体来说是低聚糖消耗率的增加、低聚糖消耗开始之前初始时间的减少、产率(定义为制得的产物与消耗的起始材料的比率)的提高和/或微生物消耗给定量的低聚糖所花费的总体时间的减少。术语“亲代微生物”是指被操纵以产生基因修饰的微生物的微生物。例如，如果基因在微生物中通过一个或多个基因修饰而突变，那么被修饰的微生物为携带一个或多个基因修饰的微生物的亲代微生物。术语“消耗率”是指由在给定的时期在给定的培养体积中具有给定细胞密度的微生物消耗的低聚糖之量。术语“所需化合物”是指在有或没有修饰的情况下由微生物从低聚糖中产生的化合物。为了产生所需化合物，可能需要进行除那些需要消耗低聚糖的修饰以外的修饰。所需化合物包括塔格糖、2’-岩藻糖基乳糖、人乳低聚糖和阿洛酮糖。术语“产生率”是指由在给定的时期在给定的培养体积中具有给定细胞密度的微生物产生的所需化合物之量。术语“基因”包括本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种微生物，其包含一种或多种选自以下的基因修饰：/ni)与亲代微生物中的PMA1活性相比提高所述微生物中的PMA1活性的基因修饰，/nii)与亲代微生物中的SNF3活性相比降低所述微生物中的SNF3活性的基因修饰，/niii)与亲代微生物中的RGT2活性相比降低所述微生物中的RGT2活性的基因修饰，以及/niv)与亲代微生物中的GPR1活性相比降低所述微生物中的GPR1活性的基因修饰。/n

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】20170630 US 62/527,1821.一种微生物，其包含一种或多种选自以下的基因修饰：
i)与亲代微生物中的PMA1活性相比提高所述微生物中的PMA1活性的基因修饰，
ii)与亲代微生物中的SNF3活性相比降低所述微生物中的SNF3活性的基因修饰，
iii)与亲代微生物中的RGT2活性相比降低所述微生物中的RGT2活性的基因修饰，以及
iv)与亲代微生物中的GPR1活性相比降低所述微生物中的GPR1活性的基因修饰。


2.如权利要求1所述的微生物，其中：
i)提高所述PMA1活性的所述基因修饰是对质膜ATP酶基因(pma1)的基因修饰，
ii)降低所述SNF3活性的所述基因修饰是对蔗糖非发酵基因(snf3)的基因修饰，
iii)降低所述RGT2活性的所述基因修饰是对恢复型葡萄糖转运基因(rgt2)的基因修饰，并且
iv)降低所述GPR1活性的所述基因修饰是对G蛋白偶联受体1基因(gpr1)的基因修饰。


3.如权利要求1或2所述的微生物，其中：
i)PMA1具有序列SEQIDNO:1或与SEQIDNO:1具有至少60％、65％、70％、75％、80％、85％、90％、95％或99％的序列同一性，
ii)SNF3具有序列SEQIDNO:2或与SEQIDNO:2具有至少60％、65％、70％、75％、80％、85％、90％、95％或99％的序列同一性，
iii)RGT2具有序列SEQIDNO:3或与SEQIDNO:3具有至少60％、65％、70％、75％、80％、85％、90％、95％或99％的序列同一性，
iv)GPR1具有序列SEQIDNO:4或与SEQIDNO:4具有至少60％、65％、70％、75％、80％、85％、90％、95％或99％的序列同一性。


4.如前述权利要求中任一项所述的微生物，其中与亲代微生物中的PMA1活性相比提高所述微生物中的PMA1活性的pma1中的所述基因修饰是以下的一种或多种：a)用可操作地连接至所述内源性pma1的外源性启动子取代内源性启动子；b)经由染色体外遗传物质表达pma1；c)将pma1的一个或多个拷贝整合到所述微生物的基因组中；d)对所述内源性pma1的修饰以产生修饰的pma1，所述修饰的pma1编码组成型活性PMA1或与未修饰的PMA1相比具有提高的活性的PMA1，e)将包含pma1的染色体外遗传物质引入到所述微生物中，所述pma1编码组成型活性PMA1或与相应野生型PMA1相比具有提高的活性的PMA1；或f)将编码组成型活性PMA1或与相应野生型PMA1相比具有提高的活性的PMA1的pma1的一个或多个拷贝整合到所述微生物的基因组中，或所述修饰a)至f)的任何组合。


5.如权利要求4所述的微生物，其中pma1的所述内源性启动子被外源性启动子取代，所述外源性启动子以比所述内源性启动子高的水平诱导pma1的表达。


6.如权利要求5所述的微生物，其中所述外源性启动子对其中所述外源性启动子取代所述内源性启动子的微生物有特异性。


7.如权利要求4所述的微生物，其中对所述内源性pma1的修饰产生编码组成型活性PMA1的修饰的pma1，所述组成型活性PMA1是与相应野生型PMA1相比缺少来自C端的至少2至约30个氨基酸的PMA1。


8.如权利要求7所述的微生物，其中所述微生物是具有编码SEQIDNO:1的PMA1的内源性pma1的酿酒酵母，其被基因修饰成产生编码截短的PMA1的修饰的pma1，所述截短的PMA1缺少来自SEQIDNO:1的C端的至少2至约30个氨基酸。


9.如前述权利要求中任一项所述的微生物，其中降低所述SNF3、RGT2和/或GPR1的活性的所述基因修饰包括以下的一种或多种：a)snf3、rgt2和/或gpr1的失活，其中失活的snf3、rgt2和/或gpr1不编码SNF3、RGT2和/或GPR1；b)snf3、rgt2和/或gpr1中的突变，其中突变的snf3、rgt2和/或gpr1编码无活性或活性与亲代微生物中的相应蛋白质的活性相比降低的SNF3、RGT2和/或GPR1；c)snf3、rgt2和/或gpr1的启动子中的突变，其中突变的启动子造成SNF3、RGT2和/或GPR1的表达与亲代微生物中的相应蛋白质的表达相比减少；d)用可操作地连接至内源性snf3、rgt2和/或gpr1的编码区的外源性启动子取代来自snf3、rgt2和/或gpr1的内源性启动子，其中所述外源性启动子造成SNF3、RGT2和/或GPR1无表达或造成SNF3、RGT2和/或GPR1的表达与亲代微生物中的相应蛋白质的表达相比减少，e)a)至d)的任何组合。


10.如前述权利要求中任一项所述的微生物，其中所述snf3、rgt2和/或gpr1的失活是通过以下的一种或多种来实现：a)所述编码区的完全或部分缺失；b)在所述编码区内引入移码突变；c)以破坏SNF3、RGT2和/或GPR1活性的方式插入一个或多个核苷酸；d)在所述编码区中引入终止密码子；或e)a)至d)的任何组合。


11.如前述权利要求中任一项所述的微生物，其中所述微生物包含下列基因修饰或下列基因修饰的组合：
1)产生与相应未修饰的PMA1相比具有提高的活性的PMA1或组成型活性PMA1的基因修饰和造成snf3失活的基因修饰，
2)产生与相应未修饰的PMA1相比具有提高的活性的PMA1或组成型活性PMA1的基因修饰和造成rgt2失活的基因修饰，
3)产生与相应未修饰的PMA1相比具有提高的活性的PMA1或组成型活性PMA1的基因修饰和造成gpr1失活的基因修饰，
4)产生与相应未修饰的PMA1相比具有提高的活性的PMA1或组成型活性PMA1的基因修饰、造成snf3失活的基因修饰和造成rgt2失活的基因修饰，
5)产生与相应未修饰的PMA1相比具有提高的活性的PMA1或组成型活性PMA1的基因修饰、造成snf3失活的基因修饰和造成gpr1失活的基因修饰，
6)产生与相应未修饰的PMA1相比具有提高的活性的PMA1或组成型活性PMA1的基因修饰、造成rgt2失活的基因修饰和造成gpr1失活的基因修饰，
7)造成snf3失活的基因修饰和造成rgt2失活的基因修饰，
8)造成snf3失活的基因修饰和造成gpr1失活的基因修饰，
9)造成rgt2失活的基因修饰和造成gpr1失活的基因修饰，
10)造成snf3失活的基因修饰、造成rgt2失活的基因修饰和造成gpr1失活的基因修饰，
11)产生与相应未修饰的PMA1相比具有提高的活性的PMA1或组成型活性PMA1的基因修饰、造成snf3失活的基因修饰、造成rgt2失活的基因修饰和造成gpr1失活的基因修饰，
12)产生与相应未修饰的PMA1相比具有提高的活性的PMA1或组成型活性PMA1的基因修饰，所述组成型活性PMA1在具有序列SEQIDNO:1的PMA1或所述PMA1的与SEQIDNO:1具有至少90％、优选至少95％序列同一性的同源物的C端处具有至少2至约30个、尤其至少3至约30个氨基酸的截短；造成snf3失活的基因修饰和造成rgt2失活的基因修饰，
13)产生与相应未修饰的PMA1相比具有提高的活性的PMA1或组成型活性PMA1的基因修饰，所述组成型活性PMA1在具有序列SEQIDNO:1的PMA1或所述PMA1的与SEQIDNO:1具有至少90％、优选至少95％序列同一性的同源物的C端处具有至少2至约30个、尤其至少3至约30个氨基酸的截短；造成snf3失活的基因修饰；和造成gpr1失活的基因修饰，
14)产生与相应未修饰的PMA1相比具有提高的活性的PMA1或组成型活性PMA1的基因修饰，所述组成型活性PMA1在具有序列SEQIDNO:1的PMA1或所述PMA1的与SEQIDNO:1具有至少90％、优选至少95％序列同一性的同源物的C端处具有至少2至约30个、尤其至少3至约30个氨基酸的截短；造成rgt2失活的基因修饰；和造成gpr1失活的基因修饰，
15)产生与相应未修饰的PMA1相比具有提高的活性的PMA1或组成型活性PMA1的基因修饰，所述组成型活性PMA1在具有序列SEQIDNO:1的PMA1或所述PMA1的与SEQIDNO:1具有至少90％、优选至少95％序列同一性的同源物的C端处具有至少2至约30个、尤其至少3至约30个氨基酸的截短；造成snf3失活的基因修饰；造成rgt2失活的基因修饰；和造成gpr1失活的基因修饰，
16)产生与相应未修饰的PMA1相比具有提高的活性的PMA1或组成型活性PMA1的基因修饰，所述组成型活性PMA1在具有序列S...

【专利技术属性】
技术研发人员：K·冲望，J·H·D·卡特，YS·吉恩，
申请(专利权)人：齐米科技股份有限公司，
类型：发明
国别省市：美国;US