[发明专利]利用聚球藻UTEX2973生产糖类化合物的构建体、菌株与方法有效
申请号: | 201610392671.6 | 申请日: | 2016-06-03 |
公开(公告)号: | CN107236754B | 公开(公告)日: | 2021-02-05 |
发明(设计)人: | 吕雪峰;宋阔;谈晓明 | 申请(专利权)人: | 中国科学院青岛生物能源与过程研究所 |
主分类号: | C12N15/74 | 分类号: | C12N15/74;C12N1/21;C12P19/12;C12P19/04;C12R1/01 |
代理公司: | 沈阳科苑专利商标代理有限公司 21002 | 代理人: | 李颖;周秀梅 |
地址: | 266101 山*** | 国省代码: | 山东;37 |
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摘要: | |||
搜索关键词: | 利用 聚球藻 utex2973 生产 糖类 化合物 构建 菌株 方法 | ||
本发明涉及生物制造领域。具体而言是一种利用聚球藻UTEX2973生产糖类化合物的构建体、菌株与方法。构建体包含有在聚球藻UTEX2973中具有活性的启动子,处于该启动子控制之下的质子/蔗糖的协同转运蛋白基因,用于筛选转化体的抗生素抗性基因,以及用于基因组同源整合的同源臂。本发明提供在光合微生物蓝细菌体内利用太阳能固定二氧化碳合成糖类化合物,合成糖类物质的能量来自于太阳能,碳源来自于二氧化碳。因此,利用本发明方式制备的生物基产品不会受到原料不足的制约,使用这种生物基产品不会增加碳排放,是真正的零排放生物基产品。
技术领域
本发明涉及生物制造领域。具体而言是一种利用聚球藻UTEX2973生产糖类化合物的构建体、菌株与方法。
背景技术
代谢工程和合成生物学领域的快速发展,使得经过代谢工程改造的异养微生物,如大肠杆菌或酵母,已经可以将糖类原料发酵转化成为许多种生物燃料(Peralta-Yahyaet al.2012)和生物基化学品(Hara et al.2014)。与现有基于石化原料的化学品生产方式相比,基于糖原料的微生物发酵生产方式更环保且可持续,具有显著的应用潜力。虽然目前微生物发酵生产化学品得到了广泛的关注和发展,但是大部分产品的生产成本较高,目前仅有大约30种生物基化学品实现了商业化生产(E4tech et al.2015)。而生物化学品生产的经济可行性很大程度上依赖于糖原料成本。
粮食作物如甘蔗、玉米等以及纤维素生物质都已经被成功地用作微生物发酵的原料(Ziolkowska 2014)。但是以粮食作物为原料用于微生物发酵存在了“与人争粮、与粮争地”的弊端,而且原料供应受限。纤维素生物质是自然界中含量最多的糖类物质,因此纤维素近年来被认为是具有前景的糖类原料(Graham-Rowe 2011)。然而由于植物细胞壁中木质素和纤维素的降解和转化成本较高,由纤维素作为原料的发酵产品与石油化工产品相比并没有成本优势(Ziolkowska 2014)。因此,廉价且可持续获得的糖类原料对当今微生物发酵产业仍然十分重要,且对微生物发酵生产廉价化学品更为重要。
蓝细菌(蓝藻)是一种能进行植物型放氧光合作用的原核微生物,是海洋生态系统的重要初级生产者(Hernandez-Prieto et al.2014)。与高等植物相比,蓝细菌具有生长速度快、光合效率高、容易进行遗传改造等优势(Zhou and Li 2010)。另外,水生的蓝细菌可以用放置在不适宜耕种土地甚至漂浮在海洋中的培养器中进行培养。基于这些优势,蓝细菌已经在生产生物燃料、生物基化学品及糖类物质方面展现了其巨大的潜力,具有广泛的应用前景(Angermayr et al.2015;Gupta et al.2013;Hays and Ducat 2015;Sarkar andShimizu 2015)。
蔗糖是微生物发酵生产生物乙醇的主要糖类原料,目前主要在甘蔗中提取(Balatand Balat 2009)。已知至少有60种蓝细菌菌株可以合成蔗糖,蔗糖主要是作为蓝细菌应对外界渗透胁迫的相容性物质(Balat and Balat 2009),也可作为穿梭于细胞之间的营养糖分以及信号分子(Hagemann 2011)。目前文献报道的蓝细菌生产蔗糖的研究工作主要以集胞藻PCC6803和聚球藻PCC7942作为宿主菌,通过代谢工程改造来提高其蔗糖产量(Du etal.2013; Ducat et al.2012)。通过在聚球藻PCC7942表达大肠杆菌来源的质子/蔗糖协同转运蛋白CscB,研究人员得到了目前蓝细菌生产蔗糖的最高产量36.1mg/L/h(Ducat etal.2012)。根据研究人员估算,如果能够将此工程菌大规模培养,其蔗糖年产量将是甘蔗的7倍(Ducat et al.2012)。这些研究充分说明利用蓝细菌细胞工厂生产蔗糖的巨大潜力。
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