Carotenoids' Production from Halophilic Bacteria
- 作者
- Maria de Lourdes Moreno, Cristina Sánchez- Porro, María Teresa García, Encarnación Mellado
- 杂志
- Methods in Molecular Biology（2012）
- DOI
- 10.1007/978-1-61779-879-5_12
- 所属领域
- 代谢工程
- 关键词
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解决的核心问题
从嗜盐菌中高效获取类胡萝卜素，具体包括从极端嗜盐菌 Salinibacter ruber 提取 salinixanthin，以及通过代谢工程手段使中度嗜盐菌 Halomonas elongata 异源生产 β-胡萝卜素。
研究策略
采用两种方法：一是直接培养极端嗜盐菌 Salinibacter ruber 并提取其天然积累的 salinixanthin；二是将 Pantoea agglomerans 的 β-胡萝卜素生物合成基因 crtE、crtY、crtI、crtB 与 Haematococcus pluvialis 的 IPP 异构酶 cDNA 组装到广宿主质粒 pBBR1BETA 中，通过接合转移导入 Halomonas elongata，实现 β-胡萝卜素的异源生产。
核心内容
该研究探索了从嗜盐菌中获取类胡萝卜素的两种策略。一方面，直接培养极端嗜盐菌Salinibacter ruber M31T，利用其天然积累的salinixanthin，该色素占总类胡萝卜素的96%以上；另一方面，将Pantoea agglomerans的β-胡萝卜素合成基因crtE、crtY、crtI、crtB与Haematococcus pluvialis的IPP异构酶cDNA组装至广宿主质粒pBBR1BETA（约12.6 kb，EcoRI酶切获得10.1 kb插入片段），通过接合转移导入中度嗜盐菌Halomonas elongata，实现β-胡萝卜素异源生产。重组菌株在NaCl浓度为2%时β-胡萝卜素产量最高，呈现深橙黄色，并能产生近乎纯的β-胡萝卜素。该研究利用嗜盐菌高盐培养无需无菌操作、低盐诱导裂解释放产物等特点简化提取流程，提取过程使用9.4 g冻干细胞。结果表明，嗜盐微生物是类胡萝卜素的重要商业来源，重组H. elongata为工业化生产β-胡萝卜素提供了可行替代方案。
创新点
利用嗜盐菌高盐培养无需无菌操作、低盐条件诱导细胞裂解简化提取的优势；构建了携带完整 β-胡萝卜素合成通路的 pBBR1BETA 质粒并成功在 Halomonas elongata 中表达，获得能产生近乎纯 β-胡萝卜素的重组菌株。
研究对象（3）
| 底盘细胞 | 代谢通路 | 基因 | 蛋白 | 功能 | 说明 |
|---|---|---|---|---|---|
| Salinibacter ruber M31T | salinixanthin 生物合成 | — | — | 催化 | 天然产生 C40 酰基糖苷类胡萝卜素 salinixanthin，占总类胡萝卜素 >96% |
| Halomonas elongata ATCC 33173T | β-胡萝卜素生物合成 | crtE, crtY, crtI, crtB | — | 催化 | 来自 Pantoea agglomerans 的 β-胡萝卜素合成基因簇，通过质粒 pBBR1BETA 导入 |
| Halomonas elongata ATCC 33173T | IPP 异构酶（类异戊二烯前体供应） | IPPI (idi) | IPP 异构酶 | 催化 | 来自 Haematococcus pluvialis 的 cDNA，增强异戊烯基焦磷酸前体供给 |
关键发现
- Salinibacter ruber M31T 中 salinixanthin 占总类胡萝卜素的 96% 以上（>96%）；重组 Halomonas elongata 在 NaCl 浓度为 2% 时 β-胡萝卜素产量最高；提取流程使用
- 4 g 冻干 S. ruber 细胞；pAC-BETA-04 质粒约
- 6 kb，EcoRI 酶切获得含五个基因的
- 1 kb 插入片段；重组菌株产 β-胡萝卜素呈深橙黄色。
研究结论
嗜盐微生物作为类胡萝卜素的生物来源具有重要的商业应用潜力，尤其是重组 Halomonas elongata 可产生近乎纯的 β-胡萝卜素，为类胡萝卜素的工业化生物生产提供了可行的替代方案。