本发明涉及生物医药领域,具体说是一种高产安丝菌素的菌株以及该菌株的制备方法,该方法主要是通过敲除珍贵束丝放线菌atcc31280基因组中n位糖基转移酶的表达基因ansa30,以消除n位糖基化对n位甲基化途径的竞争作用,使氨甲酰化安丝菌素糖苷acgp-3积累消失,而代谢流更多的流向目标产物,从而提高了安丝菌素的产量。
背景技术:
安丝菌素(又名安丝霉素或安莎霉素)是由珍贵束丝放线菌(actinosynnemapretiosum)产生的一种大环内酰胺类抗生素,属于微生物来源的美登素类分子,其组分有p-0、p-1、p-2、p-3、p-3'、p-4和p-4',其中安丝菌素p-3(ap-3,1)为主要发酵产物,安丝菌素能够与微管蛋白的β亚基结合,通过阻碍微管形成,从而抑制肿瘤细胞的有丝分裂使细胞死亡,在体外及荷瘤动物中具有显著的抗肿瘤作用。例如,immunogen,inc.公司的chari等人通过在c-3位酯链上连接二硫键形成的dm1分子,经dtt还原后可与不同的抗体连接形成抗体结合分子。目前,安丝菌素多种dm1抗体结合分子已经进入不同的临床实验阶段。其中,由罗氏公司开发的用于治疗人类乳腺癌的trastuzumabemtansine(即t-dm1)已经成药上市。
现有技术中,其中一种安丝菌素生物合成的方法主要包括起始单元3-氨基-5-羟基苯甲酸(ahba)的合成(葡萄糖为前体),随后在i型聚酮合酶(pksi)催化作用下,加载7个延伸单元-3个乙酸单元(丙二酰coa提供),3个丙酸单元(甲基丙二酰coa提供),1个糖基(glycolate)延伸单元(2-羟甲基-acp提供,来源于糖酵解途径),形成十九元大环内酰氨,最后经过一系列的后修饰过程,包括:氯代、氧甲基化、氨甲酰化、酰化、环氧化、n-甲基化(sam依赖)形成安丝菌素。但是,其中由糖基转移酶ansa30催化的n-糖基化反应为n-甲基化反应的竞争途径,导致atcc31280液体发酵液中,分支产物-氨甲酰化安丝菌素糖苷acgp-3(4"-o-carbamoyl-ansamitocinosidep-3)积累。副产物的形成影响了目标产物的产量。
技术实现要素:
本发明的目的是提供一种高产安丝菌素的菌株、该突变株的制备方法以及通过该突变株高产安丝菌素的方法。该突变株基于中断n-甲基转移酶表达基因ansa30的表达,以消除代谢途径中n糖基化对n甲基化的竞争,将代谢流更多地导向目标产物的合成,从而提高安丝菌素的产量。
为此,本发明提供了如下技术方案:
一方面,本发明提供了一种中断缺失的高产安丝菌素的菌株,其技术要点是:所述菌株的n位糖基转移酶基因ansa30不表达。
进一步的,突变株(nxj-22)由菌株atcc31280制备得到。
另一方面,本发明还提供了该中断缺失的高产安丝菌素菌株的制备方法,其技术要点是,包括以下步骤:
步骤1)构建用于ansa30中断缺失的同源重组质粒载体;
步骤2)将步骤1)构建得到的质粒载体通过接合转移导入受体菌中进行同源重组;
步骤3)通过验证硫链丝菌素抗性或pcr产物片段大小的差异的方法筛选ansa30基因中断缺失的突变株。
进一步的,质粒载体由质粒pjtu1278制备。
进一步的,受体菌为atcc31280。
进一步的,步骤1)中,由两组引物通过pcr扩增得到ansa30中断区域左侧及右侧的同源臂。
进一步的,步骤1)中,在质粒spei/hindiii位点插入中断区域左侧1440bp的pcr片段(spei/ecori),在中断区域右侧1465bp的pcr片段(ecori/hindiii)。
左同源臂的序列为:
ccgacgactgacccgccaccggggacgggggccgaccggaatcccggtcggcccccgtccgcgttccaggggggggcgagtcacgcgggttcaggaccgggccgcgcgcaccccgtcccgcaccgcccccgtcacccggtgcgccccgctcaccagcgaggtcaccagctcccccggcctgggcgcccgagccagcagcgccgtcaccgggctggactccagcacccgccccggatacgccccgtgcacccgcccgtcctcgtccaccggcgagtccacgttgtccacgccgttgtccggcagctccgaccgcatccccgaccggccgaccgcgcgcaccgacatcagcgcgtccgtgagcgccgggaacagccgctgccccaggtagaacgcgagcgccgcgtcacccaccggcacctcgcggcgggggcgttcggcggcgcgcagcacggcctcagcgaccagctccggcgcgtacaccggaggcggcggctcgggcagcgagccgacgcggctgcggcagtgctcgaagaacgggctgttgatcgcggcgggcagcacggcggtgaccgcgatcggctcgccgtcgtgggccagctccacccgcagcgcgtcgtagaacgcccgcaccgccgccttgctggccgcgtacggggcctggagcggcgccgagcgcagcccgagcacggacgcgaccccgatcagcactcctccgcccgcccggcgcagcgcgggcagcgcggccttggccccgtgcacgtgcccgaggtagttgacccgcatcacccggtcgaactcctcggcgggggtgtcctccacccgcccgtacacgccgatcccggccgcgttcacccaggtgtccacccgcccgaaccgctccaccgccacctcggcgaccgcgcgcaccgcggcctcgtcggcgatgtccgccgtcaccgcgaccgcaggcccacccgcgtcccggacctcctcgaccagcccgtcgagcgcgcgggtgttgcgcgccgcgcacaccacgcgcgcccccgccgccgcgaaccgcagcgcggtgacccgcccgatccccgacgacgcgcccaccacgacgacgacctgctccgccaacctcctgggcatgtgacctctccgtcccggatcgtgaaatgcggcgggtacccggcgggaggccgtccacgcgtcccggagggatggtccgcgcggacggcgggtggtccggatcggaggcgggccctcgaccccggcagtccgatcagcgcacgaccgaccagggcgcggccgtccagcgcacgaccatccagcacgcgaccgaccagggcgcgaccgaccagcacgcggccgtccgccccggacccggacacccggcaccccgcacggcccgcgcggtcacaccgccgcgacgctccgcgcggcctccgcgatctgctccaggcgggtcaccac;
或者/和右同源臂的序列为:
gacggtcaggcagggcagcccgcgctcctccgcgacgagcagcccggccagctccatgccgtcgcgcaggaccaggtcgggccggaagcggtcgacgacggggcgcagcccggccagcgcctcccgcagcagcggcctgcccgcgatgacgtcgacgatcgcgtcgacgccggggtagtcggtgcccggcctggccggtggcacgacgcccccgagccgctccacccagaacctcgcctggtcgggcagcgcctcgaccgagggcaggccgctgccccgcaggcccggtgcggcgctgggggccgtggccacgagcacctcgtgcccggcgtccaggaccgcgcgcccgagcacgagcatctcgtgcgcgtgcgacggggccccggtgacggtgaacagaacgcgcaactgtcttcctccgtgctggggcccgccgcgcggcgggccccggtggtgaagggccgcgggtgcggccccgaaccggtcaggtccgctcggcgcggcccagccgggtgtcgatgaactcgaacagctccgccacgcccgcgtcccggagcgcggccccgccgtcgggctcgccctggtcctcgtcggacagggcggcgagcagggcgcgcagcctggcggcggcgctcgcgcgcagcgcggggtcggcgggcgggtcggcgagcgcggcctccaggcggtccaggcccgaggtcaccgggtcgccgccgtcgagcagccccgccaacacggcggcgacctcggccgccgtcgggtggtcgaacagcagggtcgcgggcagggtcaggccggtggcggcggccaggcggtcgcgcagctccaccgccgtcatcgagtcgaaccccaggtcccggaacgcggcccgcccgtccaccgaaccgtcggcgcggcccagcacggcggcggcgtggtcgcgcaccagcgccagcagcacccggtcccggtccgggccggtcaggtcgaccgcgctcggctccggggcgctccgctgctcgggcagcgccacccctggcagcgccccctcggacagcactcccccggacagcgcggcttccgacgtccgcgcgaacacgaccacgcccagctccgggctcagcggcggcacacccggtcccgcgcacagcagggtcgcgggcaggccgtcctcgtggcggcggcgcacgagcgcggccagcaccccggcggccaccgcgtcctcggggcgcgccgcgtcgccgagcgcgcccgccgggccgcacagcgcgaacagcgcgggcggccggtcgcgggtcagctcgtccagcagcgcggcccgcgccaggcccgcgtcgtccggctcgacggcgagcaccacccagtccgggcggtgcccctccagcgcggccaccagctcctccctgccggggtcggcgggcagcacgaccggttcgcgcaccccgcaggccgccaccacgccgcgcgccgcctccccgaccaccag。
此外,本发明还提供了一种采用上述突变株制备安丝菌素的方法,其技术要点是,包括以下步骤:将突变株的菌丝体移入一级种子培养基中,30℃220r/min条件下培养24h;按4%接种量转接至二级种子培养基中,30℃220r/min条件下培养24h;按10%接种量转接至发酵培养基发酵7d。
进一步的,上述安丝菌素的制备方法中:
一级种子培养基包括tsb3w/v%,酵母提取物0.5w/v%,蔗糖5w/v%;
或者二级种子培养基包括tsb3w/v%,酵母提取物0.5w/v%,蔗糖2.5w/v%,异丁醇0.05v/v%,异丙醇0.05v/v%,淀粉1w/v%;
或者发酵培养基包括酵母提取物0.8w/v%,麦芽提取物1w/v%,蔗糖1.5w/v%,异丁醇0.5v/v%,异丙醇1.2v/v%,淀粉2.5w/v%,mgcl22mm。
本发明的有益效果:现有技术中,野生型菌株通常选用珍贵束丝放线菌atcc31565,该菌种在固体培养基中培养时安丝菌素糖苷agp-3积累。本发明的野生型菌株选用珍贵束丝放线菌atcc31280,其在液体培养基中培养时氨甲酰化安丝菌素糖苷acgp-3积累。二者出发菌株、培养条件和副产物积累均不同。atcc31565的asm25中断缺失所用质粒为phgf9053,而本发明中,atcc31280的ansa30基因中断缺失所用质粒为pjtu1278。
atcc31565的糖基转移酶基因为asm25,而本发明中,atcc31280的ansa30基因编码糖基转移酶,虽然,二者序列有97%同源,但却产生了显著的区别。具体而言,虽然atcc31565中asm25中断缺失后,agp-3积累消失,但是并未涉及ap-3产量变化。而本发明中,atcc31280的ansa30中断缺失后,acgp-3积累消失,使ap-3产量显著提高了68%。
综上所述,本发明通过在染色体上置换的方法,使得ansa30基因中断缺失,消除n位糖基化反应对n位甲基化反应的竞争,使得代谢流更多地流向目标产物以此来提高安丝菌素产量,最终安丝菌素产量对比野生型菌株提高了68%,达到至少74mg/l。因此,通过本发明可显著提高安丝菌素的发酵产量,同时使发酵成本大幅降低。
附图说明
图1为野生型菌株atcc31280中ansa30基因失活得到突变株nxj-22示意图;
图2为ansa30中断缺失菌株的pcr验证结果示意图;
图3为突变株nxj-22与野生菌株atcc31280的安丝菌素的产量对比示意图。
具体实施方式
以下实例将结合附图对本发明作进一步说明。虽然以下给出了本发明优化的实施方式和过程,但本发明的保护范围不限于下述的实施例。下列实施例中未注明具体条件的实验方法的,按照常规条件或制造厂商的建议条件。
实施例1
本实施例为制备基因ansa30中断缺失的突变株nxj-22的具体过程。具体包括以下步骤:
步骤1),构建质粒plq578:以珍贵束丝放线菌atcc31280的基因组dna为模板,分别使用两组引物del30-l-f/del30-l-r、del30-r-f/del30-r-r通过pcr扩增得到ansa30中断区域左侧1440bp的同源臂以及右侧1465bp的同源臂,通过基因测序确认同源臂的正确性。在质粒pjtu1278的spei/hindiii位点插入来自中断区域左侧1440bp的pcr片段(spei/ecori)和中断区域右侧1465bp的pcr片段(ecori/hindiii)。由此得到用于ansa30基因失活的质粒plq578,酶切验证表明质粒构建正确。
*步骤1)中左右同源臂基因片段制备所采用的pcr体系及条件:
pcr反应体系为:dna模板30ng,引物30pmol,50%dmso3ml,25mmmg2+2ml,缓冲液3ml,kod聚合酶1个单位,加纯水补齐至30ml;
pcr条件为:95℃5min;95℃30s;60℃30s;68℃90s;循环30次;68℃10min。
*步骤1)所用到的引物碱基序列如下:
*本发明涉及的各内切酶识别位点(酶切位点)如下:
步骤2)将质粒plq578导入野生型菌株atcc31280进行重组,并通过筛选得到ansa30中断缺失突变株。具体包括以下步骤:
将质粒plq578通过接合转移导入宿主et12567(含有质粒puz8002)中。取制得的et12567于含有amp、kan和chl三种抗生素的lb溶液中,37°c过夜培养,用相同的培养基,将过夜培养物按10%的比例转接一次并培养2.5h,然后用新鲜的lb溶液漂洗菌体以除去培养物中的抗生素。同时制备野生型菌株atcc31280的新鲜菌丝体(约16h培养物),用lb溶液洗2~3次之后,将其与之前制备的宿主菌et12567混合(菌丝体细胞和宿主菌的比例约为1:10)均匀后涂布于含有10mmmg2+的ymg平板,待ymg平板吹干后转移至37°c培养箱倒置培养12h后取出平板,分别取硫链丝霉素和萘啶酮酸两种抗生素的储存液30ml和40ml加入1.5ml无菌水中混匀后覆盖在ymg平板上,将平板晾干后转移至30°c培养箱中培养。一般3~5d后可见平板上有单菌落接合子长出,将其通过平板涂布于含有硫链丝霉素和萘啶酮酸两种抗生素的ymg平板扩大培养(此时生长的一般为单交换接合子),将平板扩大培养的接合子挑取少量至无抗的tsby溶液进行两轮松弛,利用引物del30-f/r,通过菌丝体pcr验证接合子,其中pcr若只有一条带(1194bp),为回复成野生型的菌株,若含有450bp的一条带,则为双交换突变株,若含有450bp和1194bp两条带,则为单交换突变株。其中双交换突变株即为ansa30基因中断缺失的突变株。
如图2所示,泳道1~3分别为三个接合子pcr条带,泳道1和泳道2含有450bp一条带,为双交换突变株;泳道3含有两条带,为单交换突变株;et为正对照;wt为野生型(atcc31280)对照(1194bp)。
*步骤2)中突变株筛选是所采用的pcr体系及条件:
pcr体系:dna模板10~100ng,引物30pmol,50%dmso3ml,缓冲液3ml,taq聚合酶0.5个单位,加纯水补齐至30ml;
pcr条件:95℃5min;95℃30s;60℃30s;72℃1min;循环30次;72℃10min。
*步骤2)中所用到的引物碱基序列如下:
通过上述过程,质粒plq578将野生型菌株atcc31280中的ansa30基因内部区域失活,即可得到ansa30中断突变株nxj-22。
实施例2
本实施例为通过ansa30中断缺失的突变株生物合成安丝菌素的发酵过程。具体包括以下步骤:将突变株(nxj-22)涂布于固体ymg培养基活化,30℃培养2d后,挑取少量菌丝体接种至一级种子培养基,30℃220r/min培养24h;按4%接种量转接至二级种子培养基中,30℃220r/min条件下培养24h;按10%接种量转接至发酵培养基发酵,7d后收集发酵液进行萃取,并使用安捷伦公司的agilent1200系列对萃取后的化合物进行hplc分析。其中,hplc的流动相为甲醇和水溶液。
表1种子培养基及发酵培养基的成分构成
图3为ansa30基因缺失菌株nxj-22与野生型菌株atcc31280安丝菌素发酵水平检测。结果表明ansa30基因中断缺失之后,安丝菌素的发酵产量和出发菌株相比提高68%,终产量可达74mg/l。
本发明所涉及的质粒pjtu1278已经在sci数据库文献《hey,wangz,bail,liangj,zhoux,dengz:twophz1358derivativevectorsforefficientgeneknockoutinstreptomyces.journalofmicrobiologyandbiotechnology2010,20(4):678-682.》中记载。
本发明所涉及的菌株atcc31280已在文献《panwenqin,kangqianjin,wanglei,bailinquan&dengzixin:asm8,aspecificlal-typeactivatorof3-amino-5-hydroxybenzoatebiosynthesisinansamitocinproduction.sciencechinalifesciences2013(7):601-608》中记载。
序列表
<110>辽宁斯韦尔生物科技有限公司
上海交通大学
<120>中断缺失的高产安丝菌素菌株及其制备方法
<130>17-0836
<141>2017-09-25
<160>5
<170>siposequencelisting1.0
<210>1
<211>1209
<212>dna
<213>珍贵束丝放线菌ansa30(actinosynnemapretiosum)
<400>1
ttgcgcgttctgttcaccgtcaccggggccccgtcgcacgcgcacgagatgctcgtgctc60
gggcgcgcggtcctggacgccgggcacgaggtgctcgtggccacggcccccagcgccgca120
ccgggcctgcggggcagcggcctgccctcggtcgaggcgctgcccgaccaggcgaggttc180
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gcggtgtga1209
<210>2
<211>1440
<212>dna
<213>左同源臂(pcr片段质粒spei/hindiii)
<400>2
ccgacgactgacccgccaccggggacgggggccgaccggaatcccggtcggcccccgtcc60
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cgccgggaacagccgctgccccaggtagaacgcgagcgccgcgtcacccaccggcacctc420
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aaatgcggcgggtacccggcgggaggccgtccacgcgtcccggagggatggtccgcgcgg1200
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<210>3
<211>1465
<212>dna
<213>右同源臂(pcr片段质粒ecori/hindiii)
<400>3
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gcggccggtcgcgggtcagctcgtccagcagcgcggcccgcgccaggcccgcgtcgtccg1320
gctcgacggcgagcaccacccagtccgggcggtgcccctccagcgcggccaccagctcct1380
ccctgccggggtcggcgggcagcacgaccggttcgcgcaccccgcaggccgccaccacgc1440
cgcgcgccgcctccccgaccaccag1465
<210>4
<211>18
<212>dna
<213>引物(del30-f)
<400>4
cccggcagtccgatcagc18
<210>5
<211>18
<212>dna
<213>引物(del30-r)
<400>5
cccgaccaggcgaggttc18