[发明专利]一种基于含硫蛋白过表达提高微生物有机硒合成能力的方法及应用

说明书

本发明公开的一种基于含硫蛋白过表达提高微生物有机硒合成能力的方法，属于有机硒生物合成技术领域，通过给微生物基因组中导入外源含硫蛋白基因，并将其在高硒低硫环境中进行培养。在外源含硫蛋白过表达中，含硫氨基酸(半胱氨酸和甲硫氨酸)中的硫会被硒取代合成硒代硫氨基酸，进而合成含硒蛋白，实现微生物的高效有机硒合成。该技术基于硒与硫的替代竞争关系，提出了借用含硫蛋白进行有机硒合成的方案，通过生物技术手段构建含硫的外源蛋白，在转染的微生物中形成含硒蛋白，即有机硒。不仅高效富硒而且其安全性得以保障。

技术领域

本发明属于富硒技术领域，尤其是有机硒生产技术领域，涉及一种基于含硫蛋白过表达提高微生物有机硒合成能力/效果的方法和应用。

背景技术

硒是人体不可或缺的营养元素，在人体中硒能够抵抗病毒，延缓衰老，调节人体免疫系统，还具有改善视力、提高记忆力、防治风湿骨痛、呼吸、胃肠疾患等多种功能，人体缺硒会导致癌症、糖尿病、心血管疾病以及免疫系统疾病等。

与人体其它必需微量元素相比，硒在世界各地地壳中的分布极不均匀，高硒土壤常位于由富硒矿衍生而来的相对较小的局部地区，从宏观上看即呈点状。除此外，世界范围内大部分土壤都是缺硒的。研究表明，全世界有2/3的面积为缺硒地区，我国更是有3/4的面积为缺硒地区，属于严重缺硒地区，全世界含硒量最低的地区也在我国东北部。因为土壤缺硒，我国大部分地区的膳食硒不能满足人体对硒的需求量。据调查我国城市居民的饮食结构中，硒的成年人日摄入量大约在20-30微克范围，离中国营养学会提出的推荐值50-250微克相差甚远。因此，专家们提倡补硒，并指出“要像抓补碘一样来抓补硒工作”，以提高广大居民硒的摄入量，达到防病抗病的目的。

硒的存在形式有2种，一种是无机硒另一种是有机硒。天然存在的无机硒包括硒的氧化物如亚硒酸盐和硒酸盐以及硒化物如硒化氢和金属硒化物等，摄入过量无机硒会导致人体中毒，造成危害甚至死亡。因此无机硒只作为药物而不能作为保健品使用。无机硒只有经过生物转化，将无机硒转变为以共价键结合的硒代硫甲硫氨酸或硒代硫半胱氨酸等有机硒形式，才能降低其毒性，保证人群饮食安全。

为了降低硒的毒性，扩大补硒的安全范围，实现无机硒的有机化，长久以来人们一直在自然界筛选各种能够高效转化无机硒并富集有机硒的植物或微生物，以作为缺硒人群膳食硒补充剂，但遗憾的是结果不尽人意。一方面是由于天然种属中能够高效富硒的植物或微生物十分罕见，截至目前，高效富硒的天然种类罕见报道。另一方面，即便有个别种类，如陕南发现在被称为“聚硒王”的植物(壶瓶碎米荠)，其富硒机理也不清楚，其中富集的硒究竟是有机硒还是无机硒，尚无定论。因为植物富硒机理不清楚，高硒牧草导致食草动物中毒死亡的案例时有发生，其食用安全性和食用价值也就难下定论。

目前提高微生物富硒能力的主要方法是通过人工筛选获得硒耐受程度更高的出发菌株，在发酵培养过程中提高培养基中无机硒含量使得微生物能够富集更多的含硒蛋白来提高微生物体内的有机硒含量，但截至目前仅发现啤酒酵母具有较高的耐受硒的能力，可能与其原本含有较高的蛋白质含量有关。但啤酒酵母营养条件苛刻，用于富硒酵母生产时产量较低，导致较高的生产成本，富硒酵母产品价格很高，超出普通人群消费能力。因此，寻求产量高且富有机硒能力强的微生物菌株，始终是科学家努力达成的目标之一。

发明内容

为了克服现有技术存在的缺陷，本发明的目的在于提供一种基于含硫蛋白过表达提高微生物有机硒合成能力的方法及应用，该方法安全性好，能够实现高效有机硒的生物合成。

本发明是通过以下技术方案来实现：

本发明公开的基于含硫蛋白过表达提高微生物有机硒合成能力的方法，包括以下步骤：

1)氨基酸序列和基因序列的确定：