本技术介绍了一种高产3-岩藻糖基乳糖的基因工程菌及其构建技术与应用。该工程菌能够同时表达乳糖透性酶、GDP-甘露糖脱氢酶、GDP-岩藻糖合成酶和α-1,3-岩藻糖基转移酶。特别是α-1,3-岩藻糖基转移酶,源自Neobacillus cucumis,其编码基因Fut3Bc经过密码子优化,提高了3-FL的合成效率,并更适合在酿酒酵母中表达。利用该工程菌以乳糖和半乳糖为底物进行发酵,3-FL的产量显著提升,达到0.93g/L,是传统FutA菌株的5.4倍,为3-FL的工业化生产提供了重要的参考和指导。
背景技术
3-岩藻糖基乳糖(3-FL)为母乳寡糖中的重要组成部分,3-FL为母乳寡糖(HMOs)的重要组成部分,在18个月婴儿的母乳中占HMOs总量的25~55%。3-FL在促进人类健康中发挥着重要作用,例如,3-岩藻糖基乳糖特异性地抑制致病性大肠杆菌、诺如病毒与对应宿主受体的结合从而避免感染。3-岩藻糖基乳糖可以抑制绿脓杆菌与局部上皮细胞的相互作用,从而避免绿脓杆菌对胃肠道、尿道和呼吸系统的感染。3-岩藻糖基乳糖还可以特异性地增殖肠道特定有益菌从而调节肠道菌群的结构与功能。此外,3-岩藻糖基乳糖通过上调肠道杯状细胞分泌相关基因的表达,促进肠道中有益微生物如双歧杆菌的生长。高产3-FL菌株的构建对3-FL功能的进一步研究以及工业化合成3-FL具有重要意义。
生物合成3-FL是一种行之有效的方法。3-FL的生物合成过程为一分子供体GDP-岩藻糖在α-1,3-岩藻糖基转移酶(α-1,3-fucosyltransferase,α-1,3-FT)的作用下与受体乳糖结合,产生一分子3-FL。已有研究构建了高产3-FL的大肠杆菌重组菌株。但是大肠杆菌可能产生内毒素,且发酵时易受到噬菌体的污染,使得大肠杆菌工业化合成3-FL受限。
酿酒酵母是被普遍认为安全的微生物,目前尚未有合成3-FL酿酒酵母的报道。但3-FL的结构类似物2’-FL已成功在酿酒酵母中合成,而3-FL与2’-FL合成所需底物相同,而催化3-FL合成的糖基转移酶为α-1,3-FT。
因此,寻找具有高活力的α-1,3-FT并在酿酒酵母中表达,构建一种合成3-岩藻糖基乳糖的重组酿酒酵母,有效促进3-岩藻糖基乳糖的发酵合成,并为未来规模化生产奠定坚实基础是本领域技术人员亟待解决的问题。
实现思路