一种生产麦角硫因的基因工程菌株及其应用制造技术

本发明专利技术提供一株高产麦角硫因的基因工程菌及其应用，该菌株是以大肠杆菌为宿主，在宿主的基因组上整合了谷氨酸棒杆菌ATP转磷酸核糖基酶HisG突变体的编码基因hisG*；还在其基因组上增加了组氨酸操纵子基因hisDBCHAFI的拷贝数；还在其基因组上整合了耻垢分枝杆菌麦角硫因操纵子基因egtBCDE；还在其基因组上整合了大肠杆菌谷氨酰半胱氨酸连接酶编码基因gshA，促进麦角硫因的合成；还在其基因组上整合了粗糙脉胞菌C

【技术实现步骤摘要】
一种生产麦角硫因的基因工程菌株及其应用


[0001]本专利技术属于基因工程
，特别涉及一种生产麦角硫因的基因工程菌及其应用。

技术介绍

[0002]麦角硫因(Ergothioneine，EGT)，巯基组氨酸三甲基内盐，是1909年在麦角中发现的一种天然氨基酸衍生物。麦角硫因具有抗氧化、清除自由基、调节氧化还原反应以及参与细胞内能量调节等多种功能。由于其优良细胞生理保护功能，麦角硫因可以应用到包括医药、食品、饲料和化妆品行业等诸多领域。2017年，麦角硫因被欧洲食品安全局认可作为一种用于婴幼儿、孕妇和哺乳期妇女膳食的安全新资源食品。2019年，麦角硫因获得美国食品和药物管理局GRAS认证。
[0003]目前麦角硫因主要生产方式为真菌菌丝体深层发酵，但由于真菌菌丝体发酵周期长，麦角硫因产率很低，不具备工业化生产的潜力。微生物发酵法生产麦角硫因，原料成本低廉，环境友好，操作简单，周期短，适合工业化生产，成为当前麦角硫因生产研究的热点。微生物发酵法生产麦角硫因的瓶颈在于缺乏高效生产麦角硫因的菌株。虽然麦角硫因的生物合成途径已经解析，但采用微生物细胞工厂异源合成麦角硫因仍然是一个艰巨的挑战。首先，微生物细胞工厂构建，需要引入异源的麦角硫因合成代谢模块，还涉及中心代谢模块以及多个前体物合成代谢模块改造，高效组合并优化这些代谢模块是很艰巨的工作；其次，组氨酸、腺苷蛋氨酸和半胱氨酸的供应直接影响麦角硫因合成，它们在细胞中的合成代谢通量都较低，协同提高这几个前体物的合成通量难度大；最后，三个主要前体物涉及不同的代谢模块，需要协调中心代谢和不同支路代谢相关基因的表达水平，严格控制中间代谢产物及合成前体的胞内含量，否则极易引起细胞代谢失衡。研究者们尝试利用各种宿主微生物(如甲基杆菌、酿酒酵母、大肠杆菌、米曲霉等)合成麦角硫因，但是其产量很仍低，发酵时间仍很长，成本仍很高。
[0004]目前利用大肠杆菌发酵生产麦角硫因的最高产量为文献(Naoyuki tanaka,Yusuke Kawano,Yasuharu satoh,tohru Dairi&Iwao ohtsu(2019)."Gram-scale fermentative production of ergothioneine driven by overproduction of cysteine in Escherichia coli＂Scientific reports 9(1):1895-1895.)报道，在大肠杆菌中异源表达分枝杆菌来源的麦角硫因的合成途径，研究获得工程菌，进行发酵罐培养，持续性补加组氨酸等前体物质，发酵216h最终可获得1.3g/L麦角硫因。在补充多种前体物的条件下，大肠杆菌实现了麦角硫因的合成，但产量和生产强度仍然很低。

技术实现思路

[0005]针对现有技术的不足，本专利技术目的是提供一种提高麦角硫因发酵产量的方法，并且提供一株新的麦角硫因发酵生产菌株。
[0006]本专利技术技术方案概述如下：
[0007]本专利技术提供一株高产麦角硫因的基因工程菌E.coli EGT12，该菌株是以大肠杆菌为宿主，在宿主的基因组上整合了序列如SEQ ID NO:1所示的谷氨酸棒杆菌ATP转磷酸核糖基酶HisG突变体的编码基因hisG*，以解除HisG所受的反馈调节作用；还在其基因组上增加了组氨酸操纵子基因hisDBCHAFI的拷贝数，从而增强组氨酸的终端合成途径；还在其基因组上整合了耻垢分枝杆菌麦角硫因操纵子基因egtBCDE；还在其基因组上整合了大肠杆菌谷氨酰半胱氨酸连接酶编码基因gshA，为麦角硫因合成提供更多的硫化底物谷氨酰半胱氨酸，促进麦角硫因的合成；还在其基因组上整合了序列如SEQ ID NO:2所示的粗糙脉胞菌C-S裂解酶编码基因egtE
ncr
，进一步促进麦角硫因合成；还在其基因组上整合了编码氨基酸序列如SEQ ID NO:4所示的亚砜合酶突变体的基因egtB*
msm
，进一步促进麦角硫因合成。
[0008]进一步地，所述大肠杆菌为E.coli MG1655。
[0009]进一步地，所述组氨酸操纵子基因hisDBCHAFI，包含hisD、hisB、hisC、hisH、hisA、hisF和hisI七个基因，在大肠杆菌基因组上增加所述组氨酸操纵子基因为双拷贝。
[0010]进一步地，上述整合在大肠杆菌基因组上的基因由一种强启动子启动该基因转录表达。
[0011]在本专利技术一种实施方式中，所述强启动子为启动子P
trc
。
[0012]本专利技术所述亚砜合酶突变体是以原始Mycolicibacterium smegmatis亚砜合酶的氨基酸序列(NCBI-ProteinID:WP_011731158.1)第374位的氨基酸R(精氨酸)替换为Q(谷氨酰胺)得到，突变后的氨基酸序列如SEQ ID NO：4所示。
[0013]在本专利技术一种具体实施方式中，所述亚砜合酶突变体编码基因的核苷酸序列如SEQ ID NO：3所示。
[0014]在本专利技术一种具体实施方式中，所述大肠杆菌谷氨酰半胱氨酸连接酶编码基因gshA替换为耻垢分枝杆菌谷氨酰半胱氨酸连接酶编码基因egtA。
[0015]在本专利技术一种具体实施方式中，所述粗糙脉胞菌来源的C-S裂解酶编码基因egtE
ncr
替换为耻垢分枝杆菌C-S裂解酶编码基因egtE
msm
。
[0016]在本专利技术一种具体实施方式中，所述亚砜合酶突变体的编码基因egtB*
msm
替换为耻垢分枝杆菌来源的亚砜合酶编码基因egtE
msm
。
[0017]作为本专利技术一种较佳实施方式，所述基因工程菌E.coli EGT12是采用CRISPR/Cas9介导的基因编辑技术对宿主E.coli MG1655进行定向改造所得，具体包括如下步骤：
[0018](1)构建启动子P
trc
与核苷酸序列如SEQ ID NO：1所示的谷氨酸棒杆菌的ATP转磷酸核糖基酶HisG突变体编码基因hisG*的连接片段P
trc-hisG*，并将其整合在宿主基因组上tdcD基因位点；
[0019](2)将组氨酸操纵子基因hisDBCHAF整合在宿主基因组上yghX基因位点，并由启动子P
trc
启动；
[0020](3)将麦角硫因操纵子基因egtBCDE整合在宿主基因组上ilvG基因位点，并由启动子P
trc
启动；
[0021](4)构建启动子P
trc
与大肠杆菌谷氨酰半胱氨酸连接酶编码基因gshA的连接片段P
trc-gshA，并将其整合在宿主基因组上mbhA基因位点；
[0022](5)构建启动子P
trc
与核苷酸序列如SEQ ID NO：2所示的粗糙脉胞菌C-S裂解酶编码基因egtE
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的连接片段本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一株生产麦角硫因的基因工程菌，其特征在于，所述基因工程菌是以大肠杆菌为宿主，在宿主的基因组上整合了序列如SEQ ID NO:1所示的谷氨酸棒杆菌ATP转磷酸核糖基酶HisG突变体的编码基因hisG*；还在其基因组上增加了组氨酸操纵子基因hisDBCHAFI的拷贝数；还在其基因组上整合了耻垢分枝杆菌麦角硫因操纵子基因egtBCDE；还在其基因组上整合了大肠杆菌谷氨酰半胱氨酸连接酶编码基因gshA；还在其基因组上整合了序列如SEQ ID NO:2所示的粗糙脉胞菌C-S裂解酶编码基因egtE
ncr
；还在其基因组上整合了编码氨基酸序列如SEQ ID NO:4所示的亚砜合酶突变体的基因egtB*
msm
。2.如权利要求1所述的基因工程菌，其特征在于，所述宿主为E.coli MG1655。3.如权利要求1所述的基因工程菌，其特征在于，所述组氨酸操纵子基因hisDBCHAFI，包含hisD、hisB、hisC、hisH、hisA、hisF和hisI七个基因，在宿主基因组上增加所述组氨酸操纵子基因为双拷贝。4.如权利要求1所述的基因工程菌，其特征在于，整合到所述宿主基因组上的基因由一种强启动子启动该基因转录表达。5.如权利要求4所述的基因工程菌，其特征在于，所述强启动子为启动子P
trc
。6.如权利要求1所述的基因工程菌，其特征在于，所述亚砜合酶突变体编码基因的核苷酸序列如SEQ ID NO：3所示。7.如权利要求1所述的基因工程菌，其特征在于，所述大肠杆菌谷氨酰半胱氨酸连接酶编码基因gshA替换为耻垢分枝杆菌谷氨酰半胱氨酸连接酶编码基因egtA，和/或所述粗糙脉胞菌来源的C-S裂解酶编码基因egtE
ncr
替换为耻垢分枝杆菌C-S裂解酶编码基因egtE
msm
，和/或所述亚砜合酶突变体的编码基因egtB*
msm
替换为耻垢分枝杆菌来源的亚砜合酶编码基因egtE
msm
。8.一种产麦角硫因的基因工程菌的构建方法，其特征在于，所述基因工程菌是采用CRISPR/Cas9介导的基因编辑技术对宿主E.coli MG1655进行定向改造所得，具体包括如下步骤：(1)构建启动子P
trc
与核苷酸序列如SEQ ID NO：1所示的谷氨酸棒杆菌的ATP转磷酸核糖基酶HisG突变体编码基因hisG*的连接片段P
...

【专利技术属性】
技术研发人员：马倩，田道光，谢希贤，吴鹤云，李镠，蒋帅，秦臻，朱彦凯，王加初，朱永铎，
申请(专利权)人：天津科技大学，
类型：发明
国别省市：