三欣卡辛的生物合成基因簇及其应用_5

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带有Am抗性的MS平板上, 2-3天后长出单克隆,经过对部分单克隆PCR验证,凡是只能扩增出单一的I. 5kb大小的而 不能扩增出野生型(一般五六百个碱基)条带的即为发生双交换置换的突变株。经过不断 的松弛培养和涂板PCR验证最终获得完全发生双交换的基因置换突变株。(图7)
[0231] (二)同框缺失突变株的获得
[0232] 该方法与上述中基因置换突变株的方法大部分是一样的,开始的同源臂PCR时, 必须以带有Am抗性的LoxP质粒为模板进行扩增,引物与方法(一)中的一样,均为59bp 包含有39bp同源臂序列的基因片段。同样的方法获得基因置换黏粒,最终接合转移获得带 有抗性基因的基因置换突变株后,还需要再发生一次接合转移,利用导入含有Cre基因的 质粒于链霉菌中,通过抗性基因 Tsr (硫链丝菌素)来筛选接合转移平板的接合子,最终在 无抗的TSB松弛下丢掉trs抗性,并通过PCR验证获得基因型正确的同框敲除突变株(该 突变株PCR扩增出的条带远小于野生型的大小通常为200-400bp)。其中的原理是因为Cre 基因编码的蛋白识别Loxp位点,利用Loxp自身的同源重组从而将其中间的Marker序列缺 失,从而获得同框缺失突变株。(图7)
[0233] 实施例 7 链霉菌 Streptomyces bottropensis D0-45 产量的提高:
[0234] 之前文献[The Jounal of Antibiotics. 1981,1520]报道三欣卡辛的产量 l-2mg/ L,利用文献报道的种子(每100ml:玉米汁0· 5g,蔗糖2g,果糖lg,葡萄糖lg。K2HPO4O. 15g, MgSO40.0 5g,CaC032g,KCKX 4g。ρΗ=7· 0)培养基和发酵培养基(每100ml:可溶性淀粉6g, 玉米汁lg,微量元素)发酵后(表2)(表3),发现三欣卡辛的产量不太稳定,而且产量也不 商。
[0235] 为了获得一种稳定的发酵条件同时提高三欣卡辛的产量,改动原有发酵培养基的 配方为SYG培养基(每100ml:可溶性淀粉6g,葡萄糖lg,酵母提取物lg,微量元素 (CuSO 4 · 5H207mg,FeSO4 · 7H201mg,MnCl2 · 4Η200· 8mg,ZnSO4 · 7Η200· 2mg,CoCl2 · 7Η200· 0006mg)),种 子培养基则改为普通的TSB培养基;同时最关键的是尝试在发酵时加入了大孔树脂HP20, 并摸索了 HP20的加入时间和加入量。最终确定了在刚开始发酵时便加入质量比为50%的 HP205g每100mL (表3-2),发酵五天时间即可收菌,经过进一步柱纯化最终分离得到三欣卡 辛A纯品约500mg/L,产量提高了近400倍。(图4,图5)
[0236] 表2发酵培养基中的微量兀素
[0237]
[0238] 表3-1:原有液体培养基
[0239]
[0240] 表3-2 :改进后液体培养基
[0241]
[0242] 图6显示了本实施例中,改变配方后加入大孔树脂HP20,三欣卡辛产生量的提高。 表格为HP20在发酵时加入的时间," + "代表产量高低,越多则产量越高。由上到下依次为 未加 HP20,初始加入HP20,第三天加入HP20,发酵后加入HP20的发酵液HPLC图,明显可以 看出发酵初始时加入HP20产量最高。
[0243] 实施例8链霉菌Streptomyces bottropensis D0-45基因敲除突变株的发酵和产 物鉴定:
[0244] (1)突变株的发酵
[0245] 接种基因型正确的孢子20ul到50mL发酵培养基TSB (250mL摇瓶)中30°C,250rpm 培养至呈对数生长期(36hr)。接种2. 5mL至50mL发酵培养基SYG (可溶性淀粉6g,葡萄糖 lg,酵母提取物 lg,CuSO4 · 5H207mg,FeSO4 · 7H201mg, MnCl2 · 4Η200· 8mg,ZnSO4 · 7Η200· 2mg, CoCl2 · 7H200. 0006mg) (%)中,再加入灭过菌的大孔树脂HP20(质量比为50%)的2ml,在 30°C,220rpm条件下培养5天。离心收集沉淀,用丙酮分两次浸泡,并超声IOmin,离心去沉 淀后,旋转蒸发仪旋去上清中丙酮,水相用乙酸乙酯萃取三到五次,有机相用饱和食盐水洗 两次后旋去乙酸乙酯,用少量甲醇溶解。取20 μ L稀释到Iml甲醇中做HPLC。
[0246] 各突变株以及野生型均采用相同的方法进行发酵和发酵液的处理。如果要分离突 变株产生的化合物,则需要将发酵量扩大至1-4升,扩大的方法是增加发酵摇瓶的数量;菌 体培养方法和发酵液处理方法与前面相同。
[0247] (2)突变株发酵产物的鉴定
[0248] 高效液相色谱(HPLC)分析
[0249] 将突变株的发酵提取液与野生型菌株的发酵提取液分别用HPLC检测,通过对比 检测结果确定突变株是否产生新的化合物。具体做法是将发酵液提取物溶于甲醇中,取 20 μ 1进样,A相为水(含0· 1%甲酸),B相为乙腈(含0· 1%甲酸)。流速=lmL/min,紫外 271nm处检测,柱子为NUCLE0SIL100-5C18,仪器为安捷伦1260。洗脱梯度如下:
[0250]
[0251] 液相-质谱连用(LC-MS)与核磁共振(NMR)分析:
[0252] 若HPLC分析发现突变株能够产生新化合物,可以进一步将突变株的发酵提取液 用LC-MS检测新化合物的分子量和部分结构信息,再通过大量发酵分离纯化化合物进行 NMR分析,得到化合物完整的结构信息。(图8,图9)
[0253] 验证正确的基因敲除突变株与野生型同时进行发酵,发酵之后的提取液用HPLC 检测。HPLC结果能够反映基因的敲除是否对三欣卡辛的产生造成影响,以及基因敲除突变 株中是否有新化合物出现。WT :三欣卡辛产生菌野生型;
[0254] 图8-1 :敲除基因 txnO,产生突变株为mZM-0-1/2。该基因敲除后野生型的产量显 著下降,所以该边界基因与三欣卡辛生物合成基因簇相关。
[0255] 图8-2 :敲除基因 txn5,产生突变株为mZM-5-1/2。该基因缺失后没有完全中断三 欣卡辛的产生,只是产量有所下降。
[0256] 图8-3 :敲除基因 txnl4,产生突变株为mZM-14。该基因缺失后完全中断三欣卡辛 的产生。
[0257] 图8-4 :敲除基因 txnl2,产生突变株为mZM-12-1/2。该基因缺失后并不影响三欣 卡辛的生物合成,且产量没有太大的变化。
[0258] 图8-5 :敲除基因 txnl9,产生突变株为mZM-19-1/2。该基因敲除后不再产生三欣 卡辛,且有新化合物产生,但量很低,还在分离中。
[0259] 图8-6:敲除基因 txn20,产生突变株为mZM-20-1/2。该基因缺失后没有中断三欣 卡辛的生物合成,产量略有降低。
[0260] 图8-7 :敲除基因 txn-22,产生突变株为mZM-22-1/2。该基因敲除不影响三欣卡 辛的产生,且没发现明显的新峰出现。
[0261] 图8-8 :敲除基因 txn-23,产生突变株为mZM-23-1/2。该基因敲除也未发现有新 峰出现,且未影响三欣卡辛的生物合成。
[0262] 图8-9 :敲除基因 txn-25,产生突变株为mZM-25-1/2。该基因敲除未中断三欣卡 辛的合成,但其产量大大降低,且有新峰出现经分离纯化为色素的增加。
[0263] 图8-10 :敲除基因 txn-26,产生突变株为mZM-26-1/2。该基因缺失后,完全中断 野生型产生,发酵后色素很明显,非常红,HPLC显示有新化合物产生,但是峰型很杂,量都很 低,有待大量发酵分离。
[0264] 图8-11 :敲除基因 txn30,产生突变株为mZM-30-1/2。该基因缺失后,完全中断野 生型产生,HPLC显示有新化合物产生,且从基因型分析应该是与糖基合成相关的化合物,产 量挺高,有待大量发酵分离纯化。
[0265] 图8-12 :敲除基因 txn35,产生突变株为mZM-35-1/2。该基因缺失后,完全中断野 生型产生,HPLC显示有新化合物产生,但产量非常低,为分离纯化带来很大困难。
[0266] 图8-13 :敲除基因 txn42,产生突变株为mZM-42-1/2。该基因缺失后,基本上不影 响三欣卡辛AD的产生,HPLC显示也无化合物产生。
[0267] 实施例9产生新化合物的突变株的获得
[0268] 目前已经确定产新颖结构化合物的突变株包括有mZM-5,mZM-21,mZM-41,mZM-44, mZM-49, mZM-52,这其中前四个突变株分别为带有Marker的双交换突变株,构建的方法也 是采用实施例6中的方法(一),最终经过PCR验证正确的基因型后,与野生型对比发酵,在 HPLC图上发现有新的化合物峰出现。(图7)后两个则是采用实施例6中的方法(二),最 终拿到了不带Marker的同框敲除突变株,同样经过PCR验证后与野生型对比发酵,在HPLC 图上发现有新的化合物峰出现。
[0269] 实施例10新化合物的分离纯化和结构鉴定
[0270] 通过大量发酵(1L-4L不等)突变株,最终分离纯化到七个具有新颖结构的化合 物,分别是 Txn-5-l,Txn-5-2, Txn-21,Txn-41,Txn-44, Txn-49, Txn-52。(图 9)
[0271] 图9-1 :Α.敲除基因 txn4,产生突变株为mZM-4-1/2,分离纯化得新化合物 Txn-4-l,Txn-4-2 ;B. LC-MS-Txn-4-l/Txn-4-2 ;C:NMR-Txn-4-l/Txn-4-2 ;解析出 Txn-4-l、 Txn-4-2结构如下。
[0272]
[0273] 图9-2 :Α.敲除基因 txn21,产生突变株为mZM-21,分离纯化得新化合物Τχη-21, 与野生型对比HPLC图;Β:Τχη-21的MS数据;C:NMR-Txn-21/WT (新化合物与野生型的对比 图)及化合物的二维谱图;解析出Txn-21结构如下所示。
[0274]
[0275] 图9-3 :Α.敲除基因 txn41,产生突变株为mZM-41,分离纯化得新化合物Τχη-41, 与野生型对比HPLC图;Β:Τχη-41的MS数据;C :Τχη-41的核磁数据;综合上述数据,解析 出Τχη-41的结构为
[0276] 图9-4 :Α.敲除基因 txn 44,产生突变株为mZM-44,分离纯化得新化合物Τχη-44, 与野生型对比HPLC图;Β: Τχη-44的MS数据;C: Τχη-44的核磁数据(包括一维和二维谱
图);综合上述数据,解析出Txn-44 j
[0277] 图9-5 :A.敲除基因 txn 49,产生突变株为mZM-49,分离纯化得新化合物Txn-49, 与野生型对比HPLC图;Β: Τχη-49的MS数据;C: Τχη-49与野生型对比的核磁数据(HNMR); 根据所有谱图分析,我们推出该化合物结构如下式所示,相比野生型在2号糖边链少了一 个乙酰基的化合物:
[0278] 图9-6 :Α.敲除基因 txn 52,产生突变株为mZM-52,分离纯化得新化合物Τχη-52, 与野生型对比HPLC图;Β: Τχη-52的MS数据;C: Τχη-52的核磁数据(包括一维和二维谱 图);解析出Txn-52结构f
[0279] 其中化合物Txn-5-1,Txn-5-2,在发酵突变株mZM-5-升后,通过丙酮浸泡,乙酸 乙酯萃取等粗处理后,最终通过硅胶柱的纯化分离,以及凝胶柱的进一步纯化,共获得分别 为10mg,5mg的纯品,最终通过LC-MS及HNMR的谱图验证其结构的正确性。(图9-1)
[0280] 其中化合物Txn-21,在发酵突变株mZM-21两升后,通过丙酮浸泡,乙酸乙酯萃取 等粗处理后,最终通过硅胶柱的纯化分离,以及凝胶柱的进一步纯化,共获得分别为60mg 的纯品,最终通过LC-MS及HNMR的谱图验证其结构的正确性。(图9-2)
[0281] 其中化合物Txn-41,在发酵突变株mZM-41两升后,通过丙酮浸泡,乙酸乙酯萃取 等粗处理后,最终通过硅胶柱的纯化分离,以及凝胶柱的进一步纯化,共获得分别为20mg 的纯品,最终通过LC-MS及HNMR的谱图验证其结构的正确性。(图9-3)
[0282] 其中化合物Txn-44,在发酵突变株mZM-44两升后,通过丙酮浸泡,乙酸乙酯萃取 等粗处理后,最终通过硅胶柱的纯化分离,以及凝胶柱的进一步纯化,共获得分别为15mg 的纯品,最终通过LC-MS及HNMR的谱图验证其结构的正确性。(图9-4)
[0283] 其中化合物Txn-49,在发酵突变株mZM-49 -升后,通过丙酮浸泡,乙酸乙酯萃取 等粗处理后,最终通过硅胶柱的纯化分离,以及凝胶柱的进一步纯化,共获得分别为45mg 的纯品,最终通过LC-MS及HNMR的谱图验证其结构的正确性。(图9-5)
[0284] 其中化合物Txn-52,在发酵突变株mZM-52四升后,通过丙酮浸泡,乙酸乙酯萃取
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