[发明专利]一种生产鲨烯的基因工程菌及其方法

说明书

本发明公开了一种生产鲨烯的基因工程菌及其方法。该基因工程菌为大肠杆菌(Escherichia coli)中表达鲨烯合酶基因、5‑磷酸脱氧木酮糖合酶基因、异戊烯基二磷酸异构酶基因以及法尼基焦磷酸合酶基因的基因工程菌；所述鲨烯合酶基因来源于解脂耶氏酵母(Yarrowia lipolytica)。该基因工程菌异源表达解脂耶氏酵母中的鲨烯合酶，与此同时，过表达大肠杆菌内源基因dxs、idi和ispA的组合；为鲨烯合酶基因的产业化生产提供了新思路。

技术领域

本发明属于基因工程技术领域，具体涉及一种生产鲨烯的基因工程菌及其方法。

背景技术

萜类化合物，又称类异戊二烯，具有异戊二烯单元组成的基本骨架，是自然界分布广泛、种类最多的一类天然化合物。因其具有重要生物学和社会学功能，越来越多的萜类化合物被用作药物、营养制品、生物燃料、香料、化妆品和食品添加剂等。其中三萜类化合物鲨烯由于其潜在的药用前景，自1906年从鲨鱼肝油中发现以来一直受到人们的关注。在人、动物、植物和微生物中均发现了鲨烯的存在，鲨烯是合成多种生物活性化合物的普遍前体，例如甾醇类、胆固醇和多种萜类化合物。鲨烯由于其独特的物理化学性质作为营养品和预防治疗药物对人类的健康和生活产生多种有益的作用，例如：作为营养保健品在日常饮食中服用鲨烯，可以减少血液中胆固醇含量，预防冠心病，降低患癌症的风险，增强化疗药物的抗肿瘤作用以及提高免疫系统的有效性；由于温和的抗氧化性能鲨烯作为保湿剂和润肤剂广泛应用于化妆品行业，鲨烯还能保护皮肤免受短波长辐射；在制药和医疗方面，以鲨烯为基础的乳状液可以有效的用于疫苗和药物传递，由于降低了活性成分的释放率而改善细胞对活性成分的吸收。鲨烯的生物相容性使其可以用于治疗皮肤的细菌和真菌感染。

自然界中发现深海鲨鱼的肝脏中鲨烯含量最多，最高达到80％(w/w)。鲨鱼肝油是鲨烯最丰富的天然来源，但是由于持续性有机污染物对海洋环境的影响，鲨鱼的密集捕捞以及国际社会对海洋动物保护的关注，在过去二十年里鱼肝油进出口急剧下降使其来源受到限制。鲨烯还能从植物中获取，例如：橄榄油、苋菜籽油和棕榈脂肪酸，但是这些植物来源的鲨烯不能满足制药和工业所需。微生物也是一个非常有价值的鲨烯来源，然而一些微生物鲨烯产量过低或者基因工程改造困难，并且不具有人类安全使用史，这些微生物不适合鲨烯的大规模工业化生产。酿酒酵母和大肠杆菌是最常用的微生物细胞工厂，具有生长快速周期短、安全性好、遗传背景清楚、成本低以及易于操作等优点，能够被快速的改造成鲨烯生物合成的细胞工厂。酿酒酵母含有合成三萜类化合物(麦角固醇)所需的所有基因，是合成鲨烯的一个很好的基因工程宿主，然而新导入的其它三萜途径如鲨烯合成途径将与麦角固醇合成途径发生竞争和交叉反应。由于内源性的麦角固醇途径是酿酒酵母生存所必须而不能完全删除，残留的麦角固醇合成途径将影响鲨烯合成途径中基因的异源表达，导致鲨烯实际产量和生产力下降，因此完全缺少三萜类合成途径的宿主更具有吸引力。大肠杆菌不合成内源性三萜类化合物，生物合成的鲨烯能够稳定的在大肠杆菌内积累而不会被消耗或者转化成其它不需要的化合物，因此大肠杆菌是鲨烯生物合成的理想基因工程宿主。