[发明专利]一种基因元件及其使用方法

说明书

本发明提供了一种基因元件及其使用方法，其中包括，一种基因元件，用于调控基因的表达，具有：转录因子序列，其被配置在所述基因的上游，用于将该转录因子与所述基因的表达耦合；启动子序列，其被配置在所述转录因子序列的上游，用于启动所述启动子的下游序列表达。本公开具有以下优点：不依赖任何诱导条件，包括化学分子和物理条件；整个过程无需人工监督；基因线路非常简单，改造和部署到不同的底盘细胞或应用于不同的发酵产物时，成本低和效率高。

技术领域

本发明涉及领域基因调控领域，具体而言，涉及一种基因元件以及该基因元件的使用方法。

背景技术

目前，人类已经实现通过基因编辑等技术使细胞工厂将自生内源能量和代谢物转换为预先设计的代谢产物来生产大量能源、化学品和药物。但在生产这类外源产物的过程中会不可避免和细胞竞争资源，甚至对细胞本身产生毒性，导致细胞正常结构被破坏或者代谢网络紊乱，其后果将导致细胞生长突变、外源基因线路快速失效、细胞死亡、产量降低、能量和碳源的浪费等。

通过动态调控代谢过程细胞的基因表达可以有效提高底物的利用率和产物的产率，动态调控细胞代谢途径，可以精细调控细胞资源分配，缓解组成型表达外源基因线路造成的细胞生长抑制和代谢流失衡。例如，通过外部响应的一些启动子例如诱导剂(IPTG、L-阿拉伯糖、脱水四环素)响应启动子、光、pH、溶氧、温度响应启动子，可以在发酵的不同阶段调控外源基因线路的表达，或者通过响应细胞内部资源的转录因子实现外源线路和细胞生理状态耦合，使得外源线路的表达具有细胞生理状态依赖性，实现外源线路的表达开关具有自动、可编程性。

目前的一类动态调控依赖细胞生长环境的外部条件，由诱导剂、温度、光、溶氧、pH值响应的启动子介导的条件性转录，这类途径往往需要大量的诱导剂分子，增加了发酵过程的成本；另外还需要通过对发酵过程中细菌生长的状态监控进行添加，增加了设备和人力的成本。

另一类动态调控策略是将细胞自生的代谢过程耦合，例如响应细胞内前体代谢物的转录因子，通过这类转录因子特异响应细胞内的前体物浓度，当细胞内前体物质浓度上升到某一阈值打开外源线路的表达，这类转录因子往往为细胞内源性蛋白，因此不仅控制了外源基因线路的转录，同时又不可避免地启动了细胞内其他代谢通路的转录，一方面造成了细胞内资源的竞争，另外会导致出现无法预料的代谢转变；同时，在耦合外源基因线路和内源代谢通路涉及到对细胞基因组的大量编辑试错过程，开发难度和周期长。

发明内容

本公开的目的是提供一种基因元件，该元件能够自我激活，利用细胞内的全局资源调控机制进行基因表达的动态调控。

根据本公开的第一方面，提供了一种基因元件，用于调控基因的表达，具有：转录因子序列，其表达被配置为与基因的表达耦合；启动子序列，其被配置在转录因子序列的上游，用于启动启动子的下游序列表达。该基因元件适用于表达外源蛋白或具有特定活性的酶用于生产非蛋白产物。

在一些可能的实现方式中，转录因子序列被配置为表达具有组成型转录活性的转录因子，使得转录因子在无诱导剂的情况下具有转录活性。该基因元件适用于表达外源蛋白或具有特定活性的酶用于生产非蛋白产物。

在一些可能的实现方式中，转录因子序列被配置为表达N端具有与L-阿拉伯糖结合后的构象的AraC/xylS家族蛋白。

在一些可能的实现方式中，转录因子包括具有组成型转录活性的AraC蛋白、rhaS蛋白或rhaR蛋白。

在一些可能的实现方式中，转录因子为AraC-1蛋白，转录因子的核苷酸序列为SEQID No.1。

在一些可能的实现方式中，转录因子为AraC-2蛋白，转录因子的核苷酸序列为SEQID No.2。

在一些可能的实现方式中，转录因子为AraC-3蛋白，转录因子的核苷酸序列为SEQID No.3。