[发明专利]一种具有高生长能力的工程菌株及其制备方法

说明书

本发明涉及一种制备具有高生长能力的工程菌株，包括在细菌的细胞中过表达FoF1‑ATP合成酶F1模块亚基的步骤，以及通过该方法制备的工程菌株。本发明通过在细菌细胞中过表达FoF1‑ATP合成酶F1模块5种亚基中的一种或多种组合，得到了具有明显更高生长能力的工程菌株，这样的工程菌株在不同培养基(例如LB、M9和TB培养基)中均具有远高于野生型菌株的生长能力，因此可作为设计细胞工厂的理想底盘细胞，提高合成生物学的商业化生产效率。

技术领域

本发明涉及微生物遗传改造领域，更特别地，一种具有高生长能力的工程菌株及其制备方法。

背景技术

微生物能够利用可再生原料合成有价值的化学品，包括生物燃料、精细化学品和药品，为高价值化工产品提供了经济、环保的生产途径。在实际应用过程中，细胞生长能力(生长速度和生物量)对于微生物细胞工厂有至关重要的影响。例如在生物发酵过程中，提高菌株生长速度可促进其对底物的利用和转化，缩短发酵周期，加快工艺流程周转；还可快速提高细胞密度，抵御外源生物污染，保证整个发酵过程的成功。

FoF1-ATP合成酶广泛分布于细胞线粒体膜、叶绿体类囊体膜和细菌质膜上，在呼吸作用和光合作用中分别参与氧化磷酸化和光合磷酸化。以大肠杆菌为例，其FoF1-ATP合成酶是一种多亚基跨膜复合体，包含凸出于膜外的F₁亲水头部和嵌入膜内的Fo疏水尾部分，F1模块含α、β、γ、δ、ε五种亚基，Fo模块含a、b、c三种亚基。Fo模块可利用有机物代谢(如糖酵解和TCA循环)和电子传递过程产生的跨膜质子动力势，推动F1模块催化ADP和Pi生成ATP。在没有足够质子动力势时，F1模块则催化ATP水解生成ADP和Pi，实现细胞内能量的有效周转。

已有研究在细胞中过表达FoF1-ATP合成酶的F1模块，用于调控细胞ATP代谢和其偶联反应的代谢产物生成相关报道，但这些研究均未报道FoF1-ATP合成酶F1模块亚基对细胞的生长能力产生影响(Simon Boecker等，B i otechno l J,2019,14(9):e100438；AhmedZahoor等，B i otechno lB i ofue l s，2020，13(1)：185)。

发明内容

本团队在研究过程中发现，将FoF1-ATP合成酶的全酶或Fo模块亚基在细菌中过表达不能提高细菌的生长能力，但是，当我们把F1模块5种亚基组合表达或其中的一种亚基在细菌中过表达，可显著提高细菌的生长能力。尤其是当将F1模块中的γ亚基或ε亚基在大肠杆菌中过表达时，得到的工程菌无论是在生长速度还是在饱和浓度方面，均大大提高。

基于以上发现，本发明提供了一种制备具有高生长能力工程菌株的方法，包括在细菌的细胞中过表达FoF1-ATP合成酶的F1模块亚基的步骤。

在一个具体实施方案中，所述细菌为大肠杆菌。

在一个具体实施方案中，所述F1模块的亚基的氨基酸序列选自SEQ I DNO:1-5中的一种。

在一个具体实施方案中，所述F1模块的亚基的核酸序列选自SEQ I DNO:6-10中的一种。

在一个具体实施方案中，通过将所述F1模块的亚基的基因过表达框转入到所述细菌的细胞中，来过表达所述F1模块的亚基。

在一个具体实施方案中，所述基因过表达框的启动子为组成型强启动子或可诱导强启动子。例如，可为T7启动子或强度与T7启动子强度相当或更强的其他启动子。

本发明还提供了通过上述方法制备的具有高生长能力的工程菌株。

本发明通过在细菌细胞中过表达FoF1-ATP合成酶F1模块5种亚基中的一种，得到了具有明显更高生长能力的工程菌株，这样的工程菌株在不同培养基(例如LB、M9和TB培养基)中均具有远高于野生型菌株的生长能力，因此可作为设计细胞工厂的理想底盘细胞，提高合成生物学的商业化生产效率。

附图说明