利用铜绿假单胞菌工程菌生产绿脓菌素的研究

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铜绿假单胞菌(Pseudomonas aeruginosa)是一种在自然界以及人和动物体内广泛存在的革兰氏阴性细菌。铜绿假单胞菌不仅具有致病性还具有生防性,其分泌多种抑菌物质保护植物免受其他病原菌的侵害。绿脓菌素是由铜绿假单胞菌分泌的一种具有氧化还原活性的吩嗪类化合物,具有抗生素活性,有较大的应用开发价值。铜绿假单胞菌含有三个酰基载体蛋白基因,分别为acpP、acp1和acp3,当acpP基因被大肠杆菌酰基载体蛋白基因Ecacp替代后,PA-A1(acpP::EcacpP)突变株的绿脓菌素产量在LB培养基中显著增加。因此本文以PA-A1突变株为出发菌株通过多种方式提高绿脓菌素的产量。第一种方式是培养基优化。本研究收集了多种绿脓菌素生产培养基,包括GA培养基、PDP培养基、FD培养基以及PPM培养基,在这些培养基中分别摇瓶培养野生型PAO1菌株和PA-A1突变菌株。通过检测绿脓菌素浓度,筛选出最适合绿脓菌素生产的培养基和菌株。结果显示,铜绿假单胞菌野生型PAO1菌株在各个培养基中的绿脓菌素产量依次为FD培养基>GA培养基>PDP培养基≈PPM培养基,在FD培养基中培养156 h后绿脓菌素产量达到最大值9.8μg/mL。PA-A1突变株在各个培养基中的绿脓菌素产量依次为GA培养基>FD培养基>PPM培养基>PDP培养基,在GA培养基中培养108 h后绿脓菌素产量达到最大值41.1μg/mL。在相同的培养基中,野生型PAO1菌株和PA-A1突变株的绿脓菌素产量具有显著差异,绿脓菌素浓度差异最大可达37μg/mL。因此,在各个培养基中PA-A1突变株都是最适合绿脓菌素生产的菌株,在GA培养基中培养PA-A1突变株,绿脓菌素产量最高。第二种方法是菌株优化。通过分子生物学和微生物学技术敲除铜绿假单胞菌中负调控绿脓菌素合成的基因,包括吩嗪-1-羧酰胺合成基因phzH,碳源分解代谢抑制系统中的crc基因以及全局性调控基因cdpR。以PA-A1突变株为出发菌株,利用同源重组的方法分别获得单基因敲除突变菌株ΔphzH、Δcrc、ΔcdpR。再利用相同的方法获得双敲除突变菌株ΔphzHΔcrc、ΔphzHΔcdpR、ΔcdpRΔcrc。将这些突变菌株以及出发菌株PA-A1分别在GA培养基中培养156 h,并且每隔12 h检测培养基中的绿脓菌素含量。结果显示,在所有单突变株中Δcrc在GA培养基中培养132 h后绿脓菌素含量最高,最高浓度可达65.4μg/mL,较出发菌株PA-A1突变株提高了86%。在双突变株中,ΔphzHΔcrc在GA培养基中培养108 h后绿脓菌素含量最高,最高浓度可达62.8μg/mL,比出发菌株PA-A1突变株的最大绿脓菌素浓度29.9μg/mL提高了110%。最后,本研究收集了多种从不同环境中分离出的铜绿假单胞菌,将这些菌株分别在GA培养基中培养120 h,每隔12 h检测绿脓菌素浓度。结果发现,相比其他从猪圈、面膜以及漱口水中分离的铜绿假单胞菌,从洗衣液中分离的SYL10最适合绿脓菌素生产,最大浓度可达24μg/mL,虽然野生菌株SYL10的绿脓菌素生产浓度低于工程菌株PA-A1,但是高于野生型PAO1,因此可以替代野生型PAO1进行改造,提高绿脓菌素浓度。
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