CN109762762A - 一种脂肽的高产菌株及其制备方法和用途 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种脂肽的高产菌株及其制备方法和用途,涉及微生物诱变育种及发酵工程领域。保藏编号为CCTCC NO:M 2018747,保藏日期:2018年11月05日;建议的分类命名为:Bacillus subtilis M45枯草芽孢杆菌M45。本发明通过ARTP诱变,进行血平板初筛,摇瓶复筛得到一株脂肽surfactin产量达到0.99g/L的菌株,相比较出发菌株提高35%以上,进行传代稳定性试验,菌株传代稳定性好。
Description
技术领域
本发明涉及微生物诱变育种及发酵工程领域。尤其涉及一株通过常压室温等离子体诱变获得的可用于液态发酵生产脂肽的枯草芽孢杆菌新菌株。
背景技术
脂肽是由革兰氏阳性芽孢杆菌通过非核糖体合成途径产生的抗菌次级代谢产物,具有抗菌作用(图2所示为脂肽surfactin结构式)。1945年,Johnson等报道枯草芽孢杆菌(Bacillus subtilis) 产生抗菌物质。1968年Arima等首次发现枯草芽孢杆菌能够产生脂肽Surfactin,近年来,进一步的研究表明,除枯草芽孢杆菌外,淀粉液化芽孢杆菌(Bacillus amyloliquefaciens)、甲基营养型芽孢杆菌(Bacillus natto)等为代表的芽孢杆菌也能产生脂肽。目前发现的抗菌脂肽主要有表面活性素(surfactin)、芬荠素(fengycin)、伊枯草菌素(iturin)和杆菌霉素(bacillomycin)、抗霉枯草菌素(mycosubtilin)、制磷脂菌素(plipstatin)等。其中Surfactin具有很强的表面活性、抗细菌、抗病毒、抗支原体、抗肿瘤及溶纤作用的功效,在农业、医药、食品、化妆品等领域具有广阔的应用前景。然而较低的产量和较高的生产成本限制了抗菌脂肽的工业化生产及应用。
为了提高我国脂肽产品的国际竞争力和市场占有率,高质量、低成本的脂肽生产技术是目前急需解决的重要课题。微生物与酿造工业、食品工业及生物制品工业等的关系非常密切,其菌种的优良与否直接关系到多种工业化产品的好坏,微生物菌种的自然突变率很低,单纯依赖自然突变选育好的菌株远不能满足人们的需求,所以培育优质、高产的微生物菌株十分必要。脂肽产生菌株为芽孢杆菌为主,由于脂肽野生菌合成能力均不强,因此如何提高脂肽产生菌合成能力、选育高产菌株,提高其发酵水平,是实现脂肽工业化生产的必要前提。
别小妹等人以枯草芽孢杆菌Bacillus subtilisfmb J224为出发菌株,先后采用氯化锂(Li Cl)、亚硝基胍(NTG)、甲基磺酸乙酯(EMS)和链霉素(streptomycin)进行复合诱变,得到1株高产抗菌脂肽菌株LN2-3,其surfactin产量达到239.2mg/L;闫冬等人采用原生质体融合的方法选育出抗菌脂肽高产菌株,最终以HPLC方法检测得到surfactin产量为0.274g/L。ZHU等人通过诱变后微孔板筛选的方式最终获得1株surfactin产量为0.473g/L的枯草芽孢杆菌。
ARTP(常压室温等离子体)是一种新兴的诱变***,在室温条件下使用氦气即可操作,其操作方法简单易行、诱变条件温和、射流温度低、不需要在真空的装置中进行,并且产生的等离子体十分均匀,成本也不高。其作用原理是微生物受到活性粒子的作用,活性粒子通过ARTP诱变***中等离子体发射,能够穿破细胞壁与细胞膜,导致基因发生损伤,从而引起微生物基因序列发生变化,代谢网络也会随之改变,致使突变。该育种装置操作简单,在一定的电源功率、工作气流量、等离子体发射源与样品之间距离的条件下,诱变主要的可变操作参数是处理时间。通过对细菌、酵母、真菌、微藻等40余种微生物进行ARTP诱变育种技术诱变研究发现,此种方法诱变速度快、突变率高,并且获得的突变菌株都具有良好的遗传稳定。
目前,应用常压室温等离子体对芽孢杆菌菌株进行诱变产生脂肽surfactin的相关报道较少。
发明内容:
本发明旨在提供一种Bacillus subtilis诱变菌株。
本发明的另一个目的是提供上述诱变菌株的制备方法。
本发明的再一个目的是提供上述诱变菌株的用途。
在本发明的第一方面,提供了一种脂肽的高产菌株Bacillus subtilis诱变菌株:Bacillus subtilis M45枯草芽孢杆菌M45,保藏编号为CCTCC NO:M 2018747。保藏单位:中国典型培养物保藏中心(CCTCC),地址:中国湖北省武汉市武昌区珞珈山街16号武汉大学,保藏日期:2018年11月05日;建议的分类命名为:Bacillus subtilis M45枯草芽孢杆菌M45。
在本发明的第二方面,提供了一种如上所述的本发明提供的诱变菌株的制备方法,所诉的方法具体包括步骤:
(1)出发菌的活化:将Bacillus subtilis CICC1072于新鲜LB固体培养基中划线,于 30-37℃下培养18-36h,接单菌落至新鲜LB液体培养基中,30-37℃下培养16-24h;
(2)ARTP诱变:用无菌生理盐水洗涤活化后的菌体后重悬菌体,并适当稀释菌体浓度至106~108个/ml,和20%甘油1:1混合后取20ul均匀涂于无菌载片上,置于处理源下2mm,开始诱变处理;
(3)突变菌株后培养和筛选:将诱变后的菌液适当稀释菌体浓度至102~104个/ml,均匀涂布于新鲜LB固体培养基(含有羊血)上培养72h,观察溶血圈大小,溶血圈和菌落直径比值较大的菌株可能为高产脂肽surfactin突变株,对初筛菌株进LB固体培养基中划线培养并保存后,进行摇瓶发酵复筛验证;
(4)高产突变株遗传稳定性的验证:将摇瓶验证获得的高产突变株,连续传代10次,发酵测脂肽surfactin产量是否稳定。
步骤(2)中诱变处理的参数设置为气流量10~16slm、射频功率120~140W、时间20~60s。
步骤(3)中所用的LB固体培养基中羊血含量为5%-10%。
步骤(3)中摇瓶发酵验证所用的种子培养基为LB液体培养基,30-37℃下培养16-24h 后,按4-10%的接种量接种于摇瓶发酵培养基中。摇瓶发酵培养基成分为:10-50g/L葡萄糖, 50-100mM/L NH4NO3、30-50mM KH2PO4、40-60mM/L Na2HPO4,金属元素(0.8-1.2mM/LMgSO4、4-10uM/L Fe2SO4、7-14uM/L CaCl2、4-10uM/L Na2EDTA),用0.1M HCl或者NaOH 调PH至7-8。装液量100ml/250ml,发酵温度为30-37℃,转速160-200r/min,发酵培养时间为72-96h。
在本发明的第三方面,提供了一种如上所述的本发明提供的诱变菌株的用途,用于制备脂肽surfactin,按照下述步骤进行:
(1)出发菌的活化:将Bacillus subtilis CICC1072于新鲜LB固体培养基中划线,于 25-37℃下培养18-36h,接单菌落至新鲜LB液体培养基中,30-37℃下培养16-24h作为种子液;
(2)将种子液按以体积比4-10%的接种量接种于摇瓶发酵培养基中;初始PH7-8,121℃灭菌20min。装液量100ml/250ml,发酵温度为30-37℃,转速160-200r/min,发酵培养时间为72-96h;发酵液中含有脂肽surfactin。
其中所述的新鲜LB液体培养基组成如下:胰蛋白胨10g/L、氯化钠10g/L、酵母粉5g/L,用1M NaOH调节PH至7.0。
摇瓶发酵培养基成分为:10-50g/L葡萄糖,50-100mM/L NH4NO3、30-50mM KH2PO4、40-60mM/L Na2HPO4,金属元素(0.8-1.2mM/L MgSO4、4-10uM/L Fe2SO4、7-14uM/L CaCl2、 4-10uM/L Na2EDTA),用1M HCl或者NaOH调PH至7-8。
本发明的主要优点及积极效果在于:
1.获得了一株高产且遗传稳定的诱变新菌株。
2.由于新菌株遗传稳定性较好,且产生的杂质较少,有利于脂肽surfactin的分离纯化和工艺放大。
3.结果表明,常压室温等离子体诱变***能够应用于脂肽surfactin高产菌株的诱变选育中,并且具有较高的突变率,诱变效果好,是一种比较理想的选育方法。
附图说明
图1部分诱变后菌株在含有羊血的LB固体平板上的生长情况;
图2脂肽surfactin结构式;
图3突变株和出发株脂肽surfactin产量比较;
图4为菌株的测序结果进行遗传分析建立进化树。
具体实施方式
下面结合具体实施例对本发明作进一步阐述。
为了对本发明有更深入的了解,现结合附图和具体实例对本发明做进一步的说明。
实施例1:利用常压室温等离子体诱变CICC10721得到新菌株
1.出发菌的活化:将购自中国工业微生物菌种保藏管理中心(CICC)的枯草芽孢杆菌 Bacillus subtilis CICC10721作为出发株于新鲜LB固体培养基中划线,于30℃下培养18h,接单菌落至新鲜LB液体培养基中,30℃下培养16h;
2.ARTP诱变:用无菌生理盐水洗涤活化后的菌体后重悬菌体,并适当稀释菌体浓度至 106~108个/ml,和20%甘油1:1混合后取20ul均匀涂于无菌载片上,。利用常压室温等离子体进行诱变,该育种***以氦气为工作气体,置于处理源下2mm,射频功率设为120W,气体流量10slm,处理时间20s;
3.突变菌株后培养和筛选:将诱变后的菌液适当稀释菌体浓度至102~104个/ml,均匀涂布于新鲜LB固体培养基(羊血含量为5%。)上培养72h,观察溶血圈大小,溶血圈和菌落直径比值较大的菌株可能为高产脂肽surfactin突变株(图1为部分诱变后菌株在含有羊血的LB 固体平板上的生长情况),对初筛菌株进LB固体培养基中划线培养并保存后,进行摇瓶发酵复筛验证。摇瓶发酵验证所用的种子培养基为LB液体培养基,30℃下培养16h后,按体积比1%的接种量接种于发酵培养基中。摇瓶发酵培养基成分为:10g/L葡萄糖,50mM/LNH4NO3、30mM KH2PO4、40mM/L Na2HPO4,金属元素(0.8mM/L MgSO4、4uM/L Fe2SO4、 7uM/LCaCl2、4uM/LNa2EDTA),用1M HCl或者NaOH调PH至7。装液量100ml/250ml,发酵温度为30℃,转速160r/min,发酵培养时间为72h。
4.高产突变株遗传稳定性的验证:将摇瓶验证获得的高产突变株,连续传代10次,发酵测脂肽surfactin产量是否稳定。
5.诱变后高产稳定的突变菌株M45常规理化鉴定和分子鉴定的结果如下:
注:“+”表示阳性结果,“-”表示阴性结果
菌株M45的16S r DNAPCR扩增的产物大小为1445bp,在NCBI上进行16S r DNA的序列同源性比对,采用Mega5.2软件对菌株的测序结果进行遗传分析建立进化树,与Bacillussubtilis的亲缘关系最近,如图4所示。
综上结果,鉴定其为枯草芽孢杆菌Bacillus subtilis。
上述Bacillus subtilis诱变菌株,保藏编号为CCTCC NO:M 2018747。保藏单位:中国典型培养物保藏中心(CCTCC),地址:中国武汉武汉大学,保藏日期:2018年11月05日;建议的分类命名为:Bacillus subtilis M45枯草芽孢杆菌M45。
实施例2:利用常压室温等离子体诱变CICC10721得到新菌株
1.出发菌的活化:将购自中国工业微生物菌种保藏管理中心(CICC)的枯草芽孢杆菌 Bacillus subtilis CICC10721作为出发株于新鲜LB固体培养基中划线,于37℃下培养36h,接单菌落至新鲜LB液体培养基中,37℃下培养24h;
2.ARTP诱变:用无菌生理盐水洗涤活化后的菌体后重悬菌体,并适当稀释菌体浓度至 106~108个/ml,和20%甘油1:1混合后取20ul均匀涂于无菌载片上,。利用常压室温等离子体进行诱变,该育种***以氦气为工作气体,置于处理源下2mm,射频功率设为140W,气体流量16slm,处理时间60s;
3.突变菌株后培养和筛选:将诱变后的菌液适当稀释菌体浓度至102~104个/ml,均匀涂布于新鲜LB固体培养基(羊血含量为10%。)上培养72h,观察溶血圈大小,溶血圈和菌落直径比值较大的菌株可能为高产脂肽surfactin突变株,对初筛菌株进LB固体培养基中划线培养并保存后,进行摇瓶发酵复筛验证。摇瓶发酵验证所用的种子培养基为LB液体培养基,37℃下培养24h后,按体积比10%的接种量接种于发酵培养基中。摇瓶发酵培养基成分为: 10-50g/L葡萄糖,100mM/LNH4NO3、50mM KH2PO4、60mM/L Na2HPO4,金属元素(1.2mM/L MgSO4、10uM/L Fe2SO4、14uM/L CaCl2、10uM/L Na2EDTA),用1M HCl或者NaOH调 PH至8。装液量100ml/250ml,发酵温度为37℃,转速200r/min,发酵培养时间为96h。
4.高产突变株遗传稳定性的验证:将摇瓶验证获得的高产突变株,连续传代10次,发酵测脂肽surfactin产量是否稳定。
实施例3:新菌株发酵生产脂肽surfactin
将种子培养基按接种量4%将实施例1得到的突变菌株CCTCC M 2018747接种到发酵培养基中,30℃培养72h天。
发酵培养基组成:10g/L葡萄糖、无机盐22g/L,微量元素2mg/L;所述无机盐选自下述的混合:磷酸盐、硝酸盐,初始PH6,121℃灭菌20min。装液量100ml/250ml,发酵温度为 30℃,转速160r/min,发酵培养时间为72h。
对比例
用以下方法比较出发菌株CICC10721与突变株CCTCC M 2018747产脂肽surfactin的能力。
用实施例3的培养方法分别培养出发菌株和突变株,培养结束后用高效液相色谱测定发酵液中脂肽surfactin的含量,突变株相较出发菌株脂肽surfactin产量提高35.6%。如图3所示为突变株和出发株脂肽surfactin产量比较。
实施例4:突变株CCTCC M 2018747的稳定性
采用如实施例3的培养方式及培养基组成,将实施例1得到的突变菌株进行传代培养。结果见表1。
表1新菌株传代稳定性
结果表明,新菌株稳定性好。
以上所述仅为本发明的较佳实施例而已,并非用以限定本发明的实质技术内容范围,本发明的实质技术内容是广义地定义于申请的权利要求范围中,任何他人完成的技术实体或方法,若是与申请的权利要求范围所定义的完全相同,也或是一种等效的变更,均将被视为涵盖于该权利要求范围之中。
Claims (8)
1.一种脂肽的高产菌株,保藏编号为CCTCC NO:M 2018747,建议的分类命名为:Bacillus subtilis M45枯草芽孢杆菌M45。
2.权利要求1所述的一种脂肽的高产菌株的制备方法,其特征在于按照下述步骤进行:
(1)出发菌的活化:将Bacillus subtilis CICC1072于新鲜LB固体培养基中划线,于30-37℃下培养18-36h,接单菌落至新鲜LB液体培养基中,30-37℃下培养16-24h;
(2)ARTP诱变:用无菌生理盐水洗涤活化后的菌体后重悬菌体,并适当稀释菌体浓度至106~108个/ml,和20%甘油1:1混合后取20ul均匀涂于无菌载片上,置于处理源下2mm,开始诱变处理;
(3)突变菌株后培养和筛选:将诱变后的菌液适当稀释菌体浓度至102~104个/ml,均匀涂布于新鲜LB固体培养基(含有羊血)上培养72h,观察溶血圈大小,溶血圈和菌落直径比值较大的菌株可能为高产脂肽surfactin突变株,对初筛菌株进LB固体培养基中划线培养并保存后,进行摇瓶发酵复筛验证;
(4)高产突变株遗传稳定性的验证:将摇瓶验证获得的高产突变株,连续传代10次,发酵测脂肽surfactin产量是否稳定。
3.根据权利要求2所述的一种脂肽的高产菌株的制备方法,其特征在于步骤(2)中诱变处理的参数设置为气流量10~16slm、射频功率120~140W、时间20~60s。
4.根据权利要求2所述的一种脂肽的高产菌株的制备方法,其特征在于步骤(3)中所用的LB固体培养基中羊血含量为5%-10%。
5.根据权利要求2所述的一种脂肽的高产菌株的制备方法,其特征在于步骤(3)中摇瓶发酵验证所用的种子培养基为LB液体培养基,30-37℃下培养16-24h后,按4-10%的接种量接种于发酵培养基中;摇瓶发酵培养基成分为:10-50g/L葡萄糖,无机盐22-32g/L,微量元素2-3mg/L;所述无机盐选自下述的混合:磷酸盐、硝酸盐,初始PH7-8,121℃灭菌20min;装液量100ml/250ml,发酵温度为30-37℃,转速160-200r/min,发酵培养时间为72-96h。
6.权利要求1所述的一种脂肽的高产菌株的用途,用于制备脂肽surfactin,按照下述步骤进行:
(1)出发菌的活化:将Bacillus subtilis CICC1072于新鲜LB固体培养基中划线,于25-37℃下培养18-36h,接单菌落至新鲜LB液体培养基中,30-37℃下培养16-24h作为种子液;
(2)将种子液按体积比4-10%的接种量接种于摇瓶发酵培养基中;初始PH7-8,121℃灭菌20min;装液量100ml/250ml,发酵温度为30-37℃,转速160-200r/min,发酵培养时间为72-96h;发酵液中含有脂肽surfactin。
7.根据权利要求6所述的一种脂肽的高产菌株的用途,其特征在于其中所述的新鲜LB液体培养基组成如下:胰蛋白胨10g/L、氯化钠10g/L、酵母粉5g/L,用1M NaOH调节PH至7.0。
8.根据权利要求6所述的一种脂肽的高产菌株的用途,其特征在于摇瓶发酵培养基成分为:10-50g/L葡萄糖,50-100mM/L NH4NO3、30-50mM KH2PO4、40-60mM/L Na2HPO4,金属元素(0.8-1.2mM/L MgSO4、4-10uM/L Fe2SO4、7-14uM/L CaCl2、4-10uM/L Na2EDTA),用1M HCl或者NaOH调PH至7-8。
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