[发明专利]一种将菌毛黏附蛋白fimH应用于群体感应动态调控系统提高大肠杆菌固定化发酵的方法

说明书

本发明公开了一种将菌毛黏附蛋白fimH应用于群体感应动态调控系统提高大肠杆菌固定化发酵的方法，所述大肠杆菌基因工程菌是向大肠杆菌BL21中导入含esaI/R系统的pUC19‑PJ23119‑MCS质粒，并将其与黏附基因fimH相结合。本发明首次将大肠杆菌成膜相关的黏附基因fimH与群体感应系统esaI/R结合，通过群体感应信号分子之间的信号传递控制生物膜的形成、分解与扩散，建立特异性的调控方式，精确调控发酵过程中生物膜的形成过程，加强生物膜在发酵前中期的形成、削弱其后期的分解与扩散，提高生物膜固定化效率和催化效率。

技术领域

本发明涉及生物领域，具体涉及一种将菌毛黏附蛋白fimH应用于群体感应动态调控系统提高大肠杆菌固定化发酵的方法。

背景技术

生物膜(biofilm)是自然界中微生物群落的一种形态。微生物聚集在一起，并分泌有机物，如多糖类物质覆盖其表面，形成一层膜状物质。微生物通过形成这种群落结构能够更好的适应外界环境，抵抗不利于生存的因素。在医学领域，由于致病菌常形成生物膜使得菌体耐药性提高，对于生物膜的研究已持续了较长的时间。而在工业发酵应用领域，生物膜形成的机理研究相对较少。特别是针对固定化细胞发酵特征的分子研究。

粘附蛋白是广泛存在于革兰氏菌中的一类黏附蛋白。在革兰氏阴性细菌中，由黏附蛋白组成的细胞运动器官，我们称其为菌毛。这些菌毛的作用主要是负责细菌细胞之间、细菌与非生物表面的黏附，并且与生物膜的形成和DNA的转移等相关联。大肠杆菌中有众多类型的菌毛，在大肠杆菌形成生物膜的过程中，已有大量研究表明大肠杆菌的I型菌毛促进生物膜形成，在生物膜形成阶段的可逆与非可逆阶段发挥重要的作用，它的存在能增强大肠杆菌细胞之间、细胞与非生物表面的黏附特性。I型菌毛的主要关键基因由fim家族调控，包括fimA、fimH等9个基因，fimH基因是I型菌毛的黏附素，负责与非生物表面的黏附，I型菌毛对于大肠杆菌生物膜的形成也有重要的作用，fimA基因和fimH基因是大肠杆菌生物膜形成的关键基因。

群体感应(quorum sensing，QS)是一种细菌细胞与细胞间的通讯系统，微生物间通过分泌扩散性小分子信号感知细菌群体的密度的变化，从而引起一组特定基因在转录水平协调表达。这种交流可使细菌表达不同的生理行为，包括调控生物发光、生物膜的形成、产生毒素、孢子的形成等。

随着对群体感应作用机制的研究深入，这一生物学特性可用于开发一种细胞密度依赖的自诱导动态调控工具。在大肠杆菌中，缺乏与LuxI具有相似功能负责合成AHLs的基因，它本身不能产生AHL信号分子，但是它们能编码LuxR同源蛋白，因此可以感应并对其他细菌产生的AHLs进行应答。

目前研究最多、应用最广的AHL介导的群体感应系统主要是来自于费氏弧菌的luxI/luxR系统和来自于玉米细菌性枯萎病菌中的esaI/esaR系统。在革兰阴性细菌的中，由luxI/luxR双组分构成的QS系统研究最广泛。而esaI/esaR系统与luxI/luxR系统同源，起源于玉米病原菌Pantoea stewartii亚种。与大多数LuxR同源物不同，esaR可以同时作为转录激活因子和抑制因子，并不依赖于是否和AHL信号分子结合。另外，PesaR是一种受esaR抑制的天然启动子，而PesaS是一种受esaR激活的天然启动子。在低细胞密度下，细胞产生的AHL信号分子较少，esaR与其靶DNA序列(esa box)结合，开启PesaS下游基因的表达，关闭PesaR启动子下游基因的表达。在高细胞密度下，细胞产生AHL信号分子较多，esaR释放了esa box与AHL结合，此时，启动子PesaR打开而PesaS关闭。

发明内容

发明目的：本发明所要解决的技术问题是针对现有技术的不足，提供一株含群体感应动态调控生物膜形成的大肠杆菌基因工程菌。

本发明还要解决的技术问题是提供上述大肠杆菌基因工程菌中所含质粒的构建方法。

本发明进一步要解决的技术问题是提供上述大肠杆菌基因工程菌的应用。