提高微生物生物质合成能力的方法及其改良微生物技术

本发明专利技术涉及一种提高微生物生物质合成能力的方法。按照本发明专利技术的方法通过过度表达蛋白质合成涉及基因以增加蛋白质合成，从而提高微生物生物质合成能力。本发明专利技术还提供一种提高生物质合成能力的改良微生物。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本专利技术涉及一种提高原核生物和/或真核生物菌株生物质合成能力的方法，以及生物质合成能力提高的改良原核生物和/或真核生物。
技术介绍
蛋白质生物合成是所有生命领域的一个必不可少的过程。解码遗传密码使用的复杂机器涉及多个蛋白质因子和非编码RNA，如核糖体RNA(rRNA)和转移RNA(tRNA)。借助各个tRNA分子，按照信使RNA(mRNA)核苷酸规定的顺序加入氨基酸，增加蛋白质长度。蛋白质生物合成工艺经过三个不同步骤将mRNA转译为多肽：起始、延长和终止。此外还涉及一个称为核糖体循环的步骤，此步骤中，与mRNA结合的核糖体释放，分离为亚基，然后自由结合为新mRNA。增加起始、延长、终止和/或核糖体循环过程中涉及的不同因子水平，可以提高生物体的蛋白质合成能力。细胞生长取决于可用蛋白质量。因此，增加生物体蛋白质合成的起始、延长、终止和/或核糖体循环的一个或多个过程速率，从而增加蛋白质数量，应能够促进生物体的生长，从而增加生物质和提高所需产物(如生物柴油和高价值化学品)的整体产量。已知各种方法用于提高微生物，尤其是藻类的生物质合成能力。一种方法建议在存在生长调节剂的环境中培养藻类以提高生物质产量。另一种方法在碱性pH中培养藻类以增加藻类生物质。但是，已知方法成本高昂，无法扩大为商业生产规模。尚未尝试过通过调节蛋白质合成机制来提高藻类生物质合成能力的方法，即增加蛋白质合成以提高藻类生物质合成能力。因此，本专利技术的专利技术人设计一种方法，通过增加微生物(具体为藻类和/或蓝藻细菌)的蛋白质合成能力，提高生物质合成能力。本专利技术还涉及微生物改良菌株，如生物质合成能力提高的藻类和/或蓝藻细菌。专利技术目的本专利技术的部分目的(通过改进至少一种具体实施方式实现)如下所述：本专利技术的一个目的是提供一种方法，通过过度表达tRNA分子以增加蛋白质合成，从而提高微生物生物质合成能力。本专利技术的另一个目的是提供一种方法，通过提高蛋白质合成起始过程速率以增加蛋白质合成，从而提高微生物生物质合成能力。本专利技术的另一个目的是提供一种方法，通过提高微生物生物质合成能力来提高所需产物产量。本专利技术的另一个目的是提供蛋白质合成能力提高进而生物质合成能力提高的微生物改良菌株。配合附图阅读以下说明，本专利技术的其他目的和优势将得以进一步明确，但这些描述并不意图限制本专利技术的范围。
技术实现思路
在一个方面中，本专利技术提供一种通过过度表达蛋白质合成基因来提高生物质合成能力的方法。方法包括以下步骤：在一个载体中克隆至少一个基因表达起始子tRNA；将含有基因的载体引入微生物；在诱导条件下，含有选择剂的介质上培养微生物，获得生物质合成能力提高的微生物。在本专利技术的另一个方面中，提供一种生物质合成能力提高的细长聚球藻PCC7942改良菌株，CCAP加入编号1479/16。附图说明下面将借助附图说明本专利技术的方法，其中：图1是提高微生物生物质合成能力的工艺示意图；图2说明pS1s-Ptrc载体，其中含有克隆在载体中的起始子tRNA-Met1gene；图3说明野生细长聚球藻PCC7942和改良细长聚球藻PCC7942(含有编码起始子tRNA-Met1的基因副本)的PCR扩增；图4A说明野生和改良细长聚球藻PCC7942在非-IPTG培养皿上以30℃培养的点培植；图4B说明野生和改良细长聚球藻PCC7942在-IPTG培养皿上以30℃培养的点培植；图5A说明野生和改良细长聚球藻PCC7942在非-IPTG培养皿上以37℃培养的点培植；图5B说明野生和改良细长聚球藻PCC7942在-IPTG培养皿上以37℃培养的点培植；图6A说明野生和改良细长聚球藻PCC7942在-IPTG培养皿上以30℃培养的生长曲线；图6B说明野生和改良细长聚球藻PCC7942在-IPTG培养皿上以37℃培养的生长曲线。详细描述一些微生物的基因组中具有多个起始子tRNA副本。提高此类微生物的蛋白质合成能力将增加生物质，这对于可从此类微生物获得的有用生物技术产物(如生物燃料、高价值化学品、生物柴油等)的整体产量来说是一个重要参数。据观察，微生物中的起始子tRNA分子或起始因子蛋白质/核糖体RNA负责蛋白质合成的起始。可以通过改变基因表达(向上调节基因表达)对微生物进行基因改良以获得更多起始子tRNA分子副本，从而增加细胞起始子tRNA分子数量。这些改良微生物对于生产生物燃料和高价值化学品非常有用。因此，通过提高微生物蛋白质合成起始速率来增加蛋白质数量，可以促进微生物生长，从而提高生物质合成能力。相比野生微生物，具有起始子tRNA的改良微生物在相同条件下生长时具有更高的光学密度(OD)。这样，改良微生物生物质合成能力的提高可以提高感兴趣产物(如生物柴油和高价值化学品)的产量。因此按照本专利技术，设计一种提高微生物(具体为藻类和/或蓝藻细菌)蛋白质合成的方法(如图1所示)。在本专利技术的一个方面中，提供一种方法，通过过度表达蛋白质合成涉及的不同分子来提高蛋白质合成，从而提高微生物生物质合成能力。本专利技术设计一种提高蛋白质合成以提高所需微生物(具体为藻类/蓝藻细菌)产物整体产量的方法。在第一步中，获得蛋白质合成涉及的一个基因。在本专利技术的一个具体实施方式中，克隆基因为起始子tRNA基因。然后，将编码蛋白质合成的基因副本克隆到载体中。在本专利技术的一个典型具体实施方式中，载体为pS1s-Ptrc。载体(如图2所示)还包含一个有选择性标记，如耐抗生素基因。在本专利技术的一个具体实施方式中，抗生素包括但不局限于以下组，该组包括壮观霉素、链霉素、氨苄青霉素和羧苄青霉素。通过直接DNA摄取方法，将含有待过度表达基因的载体引入微生物。在本专利技术的一个具体实施方式中，通过转录将含有待过度表达基因的载体引入微生物。按照本专利技术的微生物为光合作用微生物，具体为藻类和/或蓝藻细菌。在本专利技术的一个具体实施方式中，从以下组中选择藻类，该组包括聚球藻、衣藻、杜氏藻和小球藻。在本专利技术的一个典型具体实施方式中，微生物为细长聚球藻PCC7942。微生物的起始子tRNA控制蛋白质合成起始速率。在本专利技术的一个具体实施方式中，在载体中分别克隆来自细长聚球藻PCC7942的两个起始子tRNA编码基因(tRNAMet1和tRNAMet2)。在本专利技术的一个典型具体实施方式中，使用的载体为包含耐抗生素基因的pS1S-pTrc(如图2所示)。载体pS1s-pTrc用于通过直接DNA摄取方法转录细长聚球藻PCC7942。然后通过PCR确认转录。培养野生菌株和转录菌株，测量合成生物质(使用光学密度)进行比较。过度表达蛋白质合成涉及的其他分子，如起始因子-3(IF-3)和肽酰-tRNA水解酶(PTH)，也可以提高微生物蛋白质合成。生物体中的IF-3控制蛋白质合成起始速率。PTH控制蛋白质合成中的延长速率。按照本专利技术的另一个方面，提供微生物改良菌株，尤其是生物质合成能力提高的藻类和/或蓝藻细菌改良菌株，具体来说，按照本专利技术的改良菌株可以是CultureCollectionofAlgaeandProtozoa(CCAP),SAMSLimited,ScottishMarineInstitute,Dunbeg,Oban,Argyll,PA371QA,UK的细长聚球藻PCC7942，C本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种用于提高微生物生物质合成能力的方法，所述方法具有以下步骤：a.在载体中克隆至少一种起始子tRNA表达基因；b.将含有所述基因的所述载体引入微生物；c.在诱导条件下，含有选择剂的介质上培养所述微生物，获得生物质合成能力提高的微生物。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2014.04.27 IN 3757/MUM/20131.一种用于提高微生物生物质合成能力的方法，所述方法具有以下步骤：a.在载体中克隆至少一种起始子tRNA表达基因；b.将含有所述基因的所述载体引入微生物；c.在诱导条件下，含有选择剂的介质上培养所述微生物，获得生物质合成能力提高的微生物。2.如权利要求1所述的方法，其中所述微生物为光合作用微生物。3.如权利要求1所述的方法，其中所述微生物是从以下组中选择的一种藻类，该组包括聚球藻、衣藻、杜氏藻和小球藻。4.如权利要求1所述的方法，其中所述选择剂是从以下组中选择的至少一种抗生素，该组包括壮观霉素...

【专利技术属性】
技术研发人员：高塔姆·达斯，山塔努·达斯古普塔，文卡塔斯·普拉萨德，维诺德库马尔·韦治阿古马，帕纳里·德瑞，甘纳达桑·卡利亚穆尔士，苏吉达·库马尔，
申请(专利权)人：瑞来斯实业公司，
类型：发明
国别省市：印度;IN