[发明专利]从粘质沙雷氏菌分离的S-腺苷甲硫氨酸合成酶基因序列及表达重组菌株

说明书

技术领域

本发明属于生物技术和酶工程领域，更具体地，本发明涉及一种粘质沙雷氏菌(Serratia marcescens)S-腺苷甲硫氨酸合成酶(metK)及其编码基因，以及表达metK酶的重组菌株。

背景技术

群体感应(Quorum sensing)这个术语，是由Fuqua等1994年首先提出的。其定义是当细菌的数量达到一定的密度(quorum)时才能发生的感应现象(sensing)。当一个特定的环境中细菌的数量急剧增加时，由细菌所分泌的信息分子的浓度也会相应的升高。通过扩散性信号小分子(又称为自诱导物)与转录活化蛋白的相互作用而打开与细胞群体密度有关的基因表达。这些信号分子从细菌细胞扩散到环境中，一旦达到一个临界浓度(或者说达到某一特定的群体密度)，这些信号分子就可诱导调节一系列目标基因的转录，从而在菌群范围内控制其行为。群体感应在细菌中广泛存在，胞间交流可发生在细菌种内和种间，细菌和其真核宿主间。在革兰氏阴性菌中，自诱导物通常是N-酰基高丝氨酸内酯(AHLs)，它可调节的功能包括抗生素合成、毒性因子产生、胞外多糖合成、细菌丛集、质粒结合转移、生物膜形成、接合、孢子形成、生物发光和稳定期进入等。

粘质沙雷氏菌能产生多种具工业应用潜力的物质，如壳质酶、蛋白酶、脂酶、核酸酶、抗生素、表面活性剂等；并可发酵产生大量内消旋2，3-丁二醇，灵菌红素；可利用碳源广，如单糖、蔗糖、甘油、纤维二糖等；是丙酮酸、琥珀酸等有潜力的高产菌种；是兼性厌氧菌，在厌氧条件下，作为发酵工业菌株具有节能优势。Rob Van Houdt等人利用粘质沙雷氏菌MG1QS突变株，通过检测2，3-丁二醇的前体-乙偶姻，论证了QS在2，3-丁二醇代谢合成中的生理作用。结果表明，在splI突变株中，2，3-丁二醇以及前体联乙醯和乙偶姻产量都会大大降低。当添加C4-HSL和3-oxo-C6-HSL时，突变株中三种化合物的产量水平能够恢复到与野生型菌株一样。SplR突变株的发酵结果和SplI突变株比较一致。QS系统的失活导致了在指数生长末期和稳定期酸性化合物的不断产生，并且在利用糖发酵时，会引起早期生长停滞。Rice等人建立的在基本培养基中添加葡萄糖和酪素考察生物膜变化的模型也说明了QS系统对沙雷氏菌的代谢调节功能。尽管QS系统调控2，3-丁二醇合成的精确机制还不清楚，但是QS系统方面的工作对于研究细菌代谢将会有很重要的意义。

群体感应系统对粘质沙雷氏菌的次级代谢也具有重要的调控作用。很多沙雷氏菌菌株产生灵菌红素，灵菌红素是一种次级代谢的红色抗生素，它的生物合成是由一个涉及高丝氨酸内酯群体感应系统和pig基因簇的复杂网络调控，同时，这个调控网络至少有两个单独的双组分信号转导系统和大量的其它调节因子。Sarah等人将Sma274的pig基因簇导入不产色素的粘质沙雷氏菌12(Sma12)中，结果Sma 12产生了红色素，并且是受自身aHSL-QS和luxS系统的调节。反过来将aHSL-QS调节基因座从Sma 12导入Sma 274发现，Sma 274表现出由aHSL控制的一系列生理行为，包括红色素的产生。QS调控系统、复合调节网络以及环境信号对灵菌红素合成的影响被广泛的研究。

在沙雷氏菌S 39006中，灵菌红素和碳(杂)青霉烯是由以BHL和HHL为信号分子的SmaI/R型的QS系统调控的，在沙雷氏菌SS-1中，灵菌红素的合成、核酸酶的分泌以及游动性是由SpnIR型的QS系统调节的。在不产生色素的MG1菌株中，游动性、蛋白酶的分泌和生物膜的形成受aHSL-QS控制。Sma luxS突变株表现出了灵菌红素产量减少、溶血和致病性降低，这都是由代谢缺陷引起的，由此说明LuxS在激活甲基循环中具有代谢功能。在Sma 12 SmaI突变体中，甲壳酶的分泌、细菌素的生成以及溶血活性都是由QS控制的。在Sma 12的调控体系中，SmaR的作用有待进一步确认。一些学者认为，SmaR结合所有它调节的基因的启动子；一些人则认为SmaR依赖阻抑和aHSL型脱阻抑有关的保守调节子发挥作用。这种调节蛋白具有保守的启动子元件，在aHSL存在时，SmaR能结合它，阻止转录。还有一些理论认为在QS系统控制下的多效调节子调控灵菌红素和碳(杂)青霉烯的合成，例如在菌株S 39006中，Rap受QS控制，从而影响代谢。

尽管目前本领域对于粘质沙雷氏菌在工业上的用途有所了解，然而还需要进一步清楚地研究其生理或代谢功能，找到一些对于调节生理或代谢有用的基因。

发明内容