[发明专利]一种基因工程大肠杆菌OP50品系及其制备方法和应用

说明书

本发明公开了一种基因工程大肠杆菌OP50品系及其制备方法和应用，该品系的基因组中，敲除了rnc基因，且attB位点插入有IPTG诱导的T7RNA聚合酶基因序列，实现了同时在OP50品系中破坏rnc基因表达以及增加T7聚合酶表达。喂食该基因工程大肠杆菌OP50品系的线虫在发育、代谢、行为以及衰老上无法与喂食传统OP50的虫子区分开，表明其适合用来培养线虫。该品系作为基因工具的开发铺平了通过利用线虫的全基因组筛选来系统剖析饮食信号和肠道微生物相互作用背后的遗传道路。本发明的基因工程大肠杆菌OP50品系这种RNAi工具还可以在避开饮食差异的影响中得到其他研究中的广泛应用。

技术领域

本发明涉及一种基因工程大肠杆菌OP50品系及其制备方法和应用。

背景技术

饮食是影响动物寿命的一个非常重要的环境因素。所有动物都必须通过食物摄入养料来维持生命和生育，饮食还直接或间接影响动物的发育、代谢、行为和衰老。根据动物遗传组成和生理状态，饮食量不同、饮食中营养成分不同会造成不同的反应。饮食变化和异常饮食信号日益和人类疾病如肥胖、糖尿病、癌症和心血管疾病联系起来。

除了提供营养，饮食还间接通过肠道微生物来影响动物，例如动物肠道中的微生物帮助动物消化食物中宿主动物本身不能消化的纤维来生产短链脂肪酸，这些微生物还能合成一些微量营养物质如维生素。这些间接的饮食影响也同从糖尿病、抑郁症到自闭症等许多人类疾病联系起来。尽管现在越来越认识到饮食的重要性以及饮食信号对健康的影响，这其中的复杂机制使得研究背后遗传基础的工作充满挑战。

线虫是在许多生物过程的研究中广泛应用的模式生物，线虫以细菌为食，摄入的细菌在肠道中消化后为线虫提供养料。细菌利用环境中的化学物质，合成一些必需微量营养物质例如线虫自身不能合成的维生素。就这一点而言喂养线虫的细菌直接为线虫提供大量营养物质以及必须微量营养物质，这和哺乳动物中的情况是一样的。此外，线虫和人需要相似的必需营养物质以及相似的基础代谢通路，这使得线虫代表了一个研究饮食的直接/间接影响包括宿主-微生物相互作用的非常易于遗传操作的模式生物系统。

OP50是Sydney Brenner在他第一次介绍线虫作为一种遗传模式生物时选择用来培养线虫的。自那以后OP50就成为实验室里标准的线虫食物。它是一种B系大肠杆菌，为尿嘧啶营养缺陷菌系，只能在培养板上形成较薄的菌苔，这样就方便于在显微镜下观察线虫的形态、发育及行为(Brenner,1974)。在过去40年里，几乎所有关于线虫基因表达、发育、代谢、行为和衰老等的实验数据都是用OP50收集的。RNAi是一种首先在线虫中建立起来的基因工具，从1990年开始，RNA干扰成为一种有力的遗传工具并使生物医学研究革命性发展(Fire et al.,1998)。现在已被广泛用来描绘几乎所有线虫中的生物过程，包括很多RNAi的研究，特别是大量的全基因组RNAi筛选。

但是关键资源的缺少阻碍了线虫模型在饮食信号研究中的应用，尤其是不能在喂食不同食物的虫子上进行RNAi。在OP50中不能进行RNAi操作，所有RNAi数据都来自于一种K-12系大肠杆菌HT115，这种方法是基于给线虫喂食表达针对特定基因的双链RNA(dsRNA)的HT115细菌来引起基因沉默。对线虫来说OP50和HT115是两种在营养物质和代谢产物的量和组成上不同的食物，前者是正常饮食而后者是富营养的，因此这两种饮食会对线虫的基因表达产生不同影响，导致对线虫整个生命周期各方面产生不同影响，包括而不仅限于发育、代谢、行为和衰老。因为技术上还不能在喂食OP50的线虫上进行RNAi，我们还不能通过RNAi系统性地研究饮食依赖对线虫生物特性分差调节背后的遗传基础。此外，因为OP50和HT115对线虫的影响不同，所以对比在HT115上的RNAi数据和文献中通过OP50得到的数据很困难，这些不仅对针对不同饮食反应的，还对旨在排除饮食差分影响的研究造成很大的挑战。

发明内容

本发明的目的是提供一种新的基因工程菌，可作为线虫的标准食物等，用来进行多种生物学研究。