CN105176904B - 基因工程菌株筑波链霉菌l21及其应用 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种基因工程菌株筑波链霉菌L21（Streptomyces tsukubaensis L21），该菌保藏单位：中国微生物菌种保藏管理委员会普通微生物中心，保藏日：2015年8月19日，保藏号：CGMCC NO.11253。本发明提供的菌株遗传性状和发酵单位较稳定，培养和发酵条件适合于工业化生产，发酵单位高。本发明通过基因工程提高他克莫司生物合成途径中的特异性调控基因的拷贝数，作为基因改造他克莫司生物合成途径中的限速酶以提高他克莫司的产量，以降低工业化生产过程的成本，将他克莫司的发酵单位提高至945 m g/L。
Description
技术领域
本发明属生物工程领域，涉及微生物制药领域中的基因工程菌株筑波链霉菌L21及其培养方法。
背景技术
他克莫司（Tacrolimus）又名FK506，是从链霉菌属（streptomyces）中分离出的发酵产物，其化学结构属23元大环内酯类抗生素。具有很强的免疫抑制剂活性和抗真菌活性，在临床上主要是用于治疗器官移植后的免疫排斥反应和治疗皮肤炎症等。作为一种强力的新型免疫抑制剂，主要通过抑制白介素-2（L-2）的释放，全面抑制T淋巴细胞的作用，较环孢素（CsA）强100倍。近年来，作为肝、肾移植的一线用药，已在日本、美国等14个国家上市。临床实验表明，其在心、肺、肠、骨髓等移植中应用有很好的疗效。同时FK506在治疗特应性皮炎（AD）、***性红斑狼疮（SLE）、自身免疫性眼病等自身免疫性疾病中也发挥着积极的作用。
现在发现生产他克莫司的链霉菌有很多，有些遗传性状和发酵单位较稳定，培养和发酵条件适合于工业化生产，但是菌株的发酵单位较低。
发明内容
本发明的目的是提供一种基因工程菌株筑波链霉菌L21，所述菌命名为筑波链霉菌L21（Streptomyces tsukubaensis L21），与中国发明专利（CN200810019003.4）中链霉菌YN06-1593相比，他克莫司产量提高了72%。该菌保藏单位：中国微生物菌种保藏管理委员会普通微生物中心（简称CGMCC），保藏日：2015年8月19日，保藏号：CGMCC No. 11253，保藏地址：北京市朝阳市北辰西路1号院3号。
所述的基因工程菌株筑波链霉菌L21具有较高拷贝数的SEQ ID NO 1的核苷酸序列，该核苷酸序列编码一个他克莫司生物合成的转录调控因子，对他克莫司的生物合成至关重要。在基因工程菌株筑波链霉菌L21中，将该调控因子的编码基因进行高表达。
本发明的另一个目的是提供所述筑波链霉菌L21在他克莫司生物合成中的应用。该菌株连续多次在斜面培养基传代，经种子培养基和发酵培养基进行发酵实验验证，通过高效液相色谱测定菌丝和发酵液中他克莫司的产量，并与中国发明专利（CN200810019003.4）中链霉菌YN06-1593进行比较。结果显示L21的遗传性状稳定，他克莫司发酵单位可达到945 m g/L。
本发明提供的一种基因工程菌株筑波链霉菌L21，通过以下步骤培养获得他克莫司：
（1）固体培养：把筑波链霉菌L21接种于ISP4固体培养基中，于28℃培养箱中培养7天；
（2）液体培养：固体培养后，将菌丝体接种于种子培养基中，在28℃摇床上培养24h，250rpm，种子培养基24h后接种至发酵培养基中，接种量10%，在28℃摇床上发酵培养96h后分析检测他克莫司。
所述的ISP4固体培养基为：淀粉1%，磷酸氢二钾0.1%，硫酸镁0.1%，碳酸钙0.2%，硫酸铵0.1%，琼脂2%，所述百分含量均为质量百分含量。
所述的种子培养基为：淀粉2%，糊精1%，肉胨3%，碳酸钙0.2%，其余为水，pH 6.8，所述百分含量均为质量百分含量。
所述的发酵培养基为：糊精4%，肉胨1%，玉米浆2%，磷酸氢二钾0.2%，碳酸钙0.2%，其余为水，pH 6.8，所述百分含量均为质量百分含量。
本发明利用生物信息学和体外生化反应鉴定出所筛选获得的筑波链霉菌中他克莫司生物合成途径的转录调控因子，该调控因子能激活他克莫司生物合成基因簇上的主要基因表达，从而增强他克莫司的生物合成。通过基因工程技术提高该转录调控基因的表达量获得了一系列突变株，从突变株中筛选出他克莫司的发酵单位提高的基因工程菌株筑波链霉菌L21。
本发明提供的菌株遗传性状和发酵单位较稳定，培养和发酵条件适合于工业化生产，发酵单位高。本发明通过基因工程提高他克莫司生物合成途径中的特异性调控基因的拷贝数，作为基因改造他克莫司生物合成途径中的限速酶以提高他克莫司的产量，以降低工业化生产过程的成本，将他克莫司的发酵单位提高至945 m g/L。本发明通过基因改造他克莫司生物合成途径的转录调控因子获得的，其他克莫司产量比中国发明专利（CN200810019003.4）中链霉菌YN06-1593提高了72%。
附图说明
图1是筑波链霉菌L21菌丝及孢子扫描电镜图。
图2是筑波链霉菌L21在发酵过程中他克莫司产量。
具体实施方式
本发明结合附图和实施例作进一步的说明。
实施例中所使用的培养基：
1、ISP4固体培养基：淀粉1%，磷酸氢二钾0.1%，硫酸镁0.1%，碳酸钙0.2%，硫酸铵0.1%，琼脂2%，其余为水，所述百分含量均为质量百分含量。
2、种子培养基：淀粉2%，糊精1%，肉胨3%，碳酸钙0.2%，其余为水，pH 6.8，所述百分含量均为质量百分含量。
3、发酵培养基：糊精4%，肉胨1%，玉米浆2%，磷酸氢二钾0.2%，碳酸钙0.2%，其余为水，pH 6.8，所述百分含量均为质量百分含量。
4、LB培养基：蛋白胨1%，酵母提取物0.5%，氯化钠1%，其余为水，所述百分含量均为质量百分含量。
5、2×YT培养基：蛋白胨1.6%，酵母提取物1%，氯化钠0.5%，其余为水，所述百分含量均为质量百分含量。
实施例1 筑波链霉菌L21的获得
把SEQ ID NO. 1的DNA序列分别用聚合酶链式反应（PCR）扩增，扩增后的DNA片段通过限制性内切酶消化后***质粒pIJ8660中，再将含有上述DNA序列的质粒转化到大肠杆菌ET12567（已含有质粒pUZ8002）之中。
将含有上述重组质粒的大肠杆菌ET12567（已含有质粒pUZ8002）接种到50 mL LB液体培养基（含相应抗生素）中，37 ℃培养至OD600为0.4，离心收集菌体，用20 mL LB液体培养基洗涤一次，再用10mL LB洗涤一次。然后离心弃上清用0.5 mL的LB液体培养基重悬；将20 μL所筛选得到的筑波链霉菌孢子加入0.5 mL的2×YT液体培养基中重悬，45 ℃热休克10 min后冰浴冷却2 min；分别将上述大肠杆菌和筑波链霉菌孢子混合后均匀涂在ISP4固体培养基上，30 ℃培养18小时后，加入20 μg/mL的萘啶酸和相应的抗生素，30 ℃继续培养10天；分别将上述得到的链霉菌转化子在含有相应抗生素的斜面培养基上培养10天后收取孢子，通过PCR方法确证目标DNA序列SEQ ID NO. 1已经融合在筛选所得筑波链霉菌的基因组之中得到筑波链霉菌L21。所述链霉菌命名为筑波链霉菌L21，英文名称为Streptomyces tsukubaensis L21，该菌保藏单位：中国微生物菌种保藏管理委员会普通微生物中心，保藏日：2015年8月19日，保藏号：CGMCC NO. 11253。
实施例2 筑波链霉菌L21的菌体形态特征
筑波链霉菌L21在ISP4固体培养基培养7天，在电子显微镜下观察，能看到基内菌丝和气生菌丝发育良好，孢子丝柔曲或弯曲，成熟的孢子链孢子个数在10个以上，孢子呈短棒状（见图1）。在ISP4固体培养基中的表观特征，结果见表1。
实施例3 筑波链霉菌L21的发酵验证
将20 μL 筑波链霉菌L21孢子接种到种子培养基中，转速250 rpm，28 ℃培养24h；按10 %的接种量将种子培养基中的菌丝体接种至发酵培养基中，转速250 rpm，28 ℃培养120小时，在培养24、48、72、96、120小时后分别取样测定他克莫司产量。
实施例4 筑波链霉菌L21他克莫司产量的验证
将他克莫司标准品用甲醇配成一定浓度的溶液，通过高效液相色谱检测他克莫司的产量，建立他克莫司浓度——峰面积两者之间的标准曲线；取1 mL发酵液，加入1 mL甲醇，超声破碎30min，离心取上清，通过高效液相色谱检测他克莫司的含量，根据标准曲线得到他克莫司的浓度。筑波链霉菌L21在发酵96h时他克莫司产量达到最大为945mg/L，结果见图2。
<110> 浙江大学
<120> 基因工程菌株筑波链霉菌L21及其应用
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cagctcttcg accatcccga gccggccgcc cgggcgccgg gtctcgcccg gctcacggcc 300
tcgtgcgagg gcccgccgat cggcaccgac aaccggctgc gggccgagtt cacccggacc 360
ctgctggcgc tcgccgcgga ccggcccgtt ctgataggcg tcgacgacgt gcaccatgcc 420
gacggcgcat cgctgctctg tctgctgcac ctcgcgcgcc ggatcggccc ggcccgtatc 480
tccatcgtgc tgaccgagct ccgccgcccg acaccggccg actcccgatt ccaggcggaa 540
ctgctgagcc tccgctccta ccaggagata gcgctgcggc ccctcaacga gacggagagc 600
gccgaactcg tccgccgcca cctcggccgg gacacccacg acgacgtcct tgccgagacg 660
ttccgggcga ccggaggcaa cctgctcctc gggcacggcc tgatcaacga catccgggag 720
gcgcgggcca cggggcgccc ggaggccgtg gcgggcaggg cgtaccggct cgcctacctg 780
ggctccctct accggtgcgg cccgacggca ttgcacatcg cccgggcggc cgcggtactc 840
ggcgcgagcg ccgaacccgt actcgtccag cggatgaccg gcctcaacac ggaagccttc 900
gagcaggtct gcgaacagct gcaggacgga cggctgctgc aggacggacg gtttccgcac 960
ccggaggccc ggtccatcgt cctcgacgac ctgtcggccc tcgaccgccg gaacctgcac 1020
gagtccgcac tggaactgct gcgggaccac ggcgtggccg gcaatgtgct cgcccgtcac 1080
cagataggca ccggccgggt gcacggcgcg gacgcggtcg aactgttcac cgaggccgcg 1140
cgggagcatc ttctgcgcgg cgaactggag gatgcggtcg gatatctgga gctcgcccac 1200
cgcgcctgcg acgaccccgt catacgggcc gcgctgcgca tcggggccgc cgaggtcgaa 1260
cgcatctgcg atccgatgag ggccggccga catctgccgg agctgctcac cgcggcgcgc 1320
gcgggactgc tctccggcga gcatgccgtg tccctcgccg actggctggc gatgggcggg 1380
cggccggggg aggcggccga agtgctggcg acccagcacc ccgcggcagg ggacgaccag 1440
agccgtgcgc tgctgctcgt aggggagtta tccctcgcgc tggtccatcc cggcagatcg 1500
gatccttcgc gcagggccga cttcttcgcc gcgggcgggc tcgccgccct ccgtggcccg 1560
gcccggcagc gcgcggtcgc agacaaggcc gtcgtcgccg cgctgcgagg ccggccggag 1620
ctggcggacg cccatgccga gcgggtcctc cagtacacag acgccacggc ggaccggacc 1680
acggccatga tggcgctgct ggccgtgctc tacgccgaga acaccgaggc cgtccagttc 1740
tgggtcgaca gactggccgg tgacaaggag actcgcaccc cggccgacga ggcgatctac 1800
gccgggttcg gcgccgagac cgccctgcgc cgcggcgacc tgaccaccgc cgtcgcctac 1860
ggcgaggcgg ccctcggcca ggggctggtg cccacctggg gaatggcggc cacgctgccg 1920
ctgagcagca ccgtggttgc ggcgatccga ctcggcgata tcgaacgggc cgaccggtgg 1980
ctctccgagc cgttgccgca ggagacctcg gagagcctct tcgggctgca tctgctctgg 2040
gcccgggggc ggtaccacct cgcgaccggg cggcaccggg cggcgtacgc actgttcagg 2100
gagtgcgggg accggatgcg gcagtgggcc gtcgacgtgc cgggcctggt gctctggcgg 2160
gtcgacgccg ccgaggcgct gctgatgctc ggcaccgacc gcgccgaagg actccggctc 2220
atatccgacc agatgtcccg gccgatgcgg tcccggtcac gcgccctgac cctgcgggtg 2280
caggcggcct acagtccact gcccaagcgg atcgacctgc tcgaagaagc agccgacctc 2340
ctcgtcacct gcaatgacca gtacgaactg gcccatgtcc tcagtgacct gggcgaggcg 2400
ctcaacctgg tcagacagca caaccgggca cggggcctga tccgcagggc acggtacctg 2460
gcgacccagt gcggtgcggc gccgctgctg ctgaggctcg gcgcgaaacc gtcggacctc 2520
ggcggtgcct gggacgcaac gctgggacag cgcatcacct cactgacgga gtcggagcgg 2580
cgggtgtccg cactcgccgc cgtggggcgt acgaacaggg agatagccga ccatctgttc 2640
gtcacggcca gtaccgtgga gcagcacctc acgaacgtgt tccgcaagct gggagtgaag 2700
ggccgccagc agcttccgag ggaactggcc gacgtcagcg agccggcggg ccggggcgac 2760
cggtgcgggt ag 2772
Claims (3)
1.一株基因工程菌株筑波链霉菌，其特征在于：所述筑波链霉菌为筑波链霉菌（Streptomyces tsukubaensis）L21，该菌保藏单位：中国微生物菌种保藏管理委员会普通微生物中心，保藏日：2015年8月19日，保藏号：CGMCC NO. 11253，保藏地址：北京市朝阳市北辰西路1号院3号。
2.根据权利要求1所述的一株基因工程菌株筑波链霉菌在他克莫司生物合成中的应用。
3.根据权利要求2所述的应用，其特征在于，通过以下步骤实现：
（1）固体培养：把筑波链霉菌L21的菌株接种于ISP4固体培养基中，于28℃培养箱中培养7天；
（2）液体培养：固体培养后，将菌丝体接种于种子培养基中，在28℃摇床上培养24h，250rpm，将上述菌液接种至发酵培养基中，接种量10%，在28℃摇床上发酵培养96h后分析检测他克莫司；
其中步骤（1）所述的ISP4固体培养基为：淀粉1%，磷酸氢二钾0.1%，硫酸镁0.1%，碳酸钙0.2%，硫酸铵0.1%，琼脂2%，其余为水，所述百分含量均为质量百分含量；步骤（2）所述的种子培养基为：淀粉2%，糊精1%，肉胨3%，碳酸钙0.2%，其余为水，pH 6.8，所述百分含量均为质量百分含量，步骤（2）所述的发酵培养基为：糊精4%，肉胨1%，玉米浆2%，磷酸氢二钾0.2%，碳酸钙0.2%，其余为水，pH 6.8，所述百分含量均为质量百分含量。
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