一种腺苷七肽及其制备菌株转让专利

申请号 : CN201911127892.0

文献号 : CN111018950B

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相似专利:

发明人 : 周晓容杨飞云肖融刘作华

申请人 : 重庆市畜牧科学院

摘要 :

本发明涉及一种氨基酸序列为MATINAN的腺苷七肽,该七肽具有较强的耐热、耐胃蛋白酶、胰蛋白酶及糜蛋白酶的生物学特性,稳定性高,且抑菌活性强。本发明还提供了一种获得耐热耐蛋白酶菌株的高通量筛选方法,筛选出一种能产生上述七肽的约氏乳杆菌株,该约氏乳杆菌株于2019年10月16日在中国微生物菌种保藏管理委员会普通微生物中心进行了保藏,保藏号为:CGMCC No.18695,具有抗逆性好、分泌量高的优势,成本低,为畜牧饲料、化妆品、保健品等领域产业化大规模制备腺苷七肽奠定了重要的基础。

权利要求 :

1.一种腺苷七肽,其特征在于:氨基酸序列为MATINAN。

2.一种约氏乳杆菌菌株,其特征在于:保藏于中国微生物菌种保藏管理委员会普通微生物中心,保藏日期是2019年10月16日,保藏号为CGMCC No.18695。

3.权利要求2所述的约氏乳杆菌菌株在制备权利要求1所述的腺苷七肽中的应用。

4.权利要求1所述的腺苷七肽的制备方法,其特征在于:将权利要求2所述的菌株于MRS培养基活化18‑24小时,然后接种于发酵培养基,经过至少三个批次发酵培养,可获得产量为0.9‑1.1g/L的腺苷七肽。

5.如权利要求4所述的腺苷七肽的制备方法,其特征在于:每1000mL发酵培养基的成分为:蛋白胨15.0g、酵母膏10.0g、葡萄糖20.0g、磷酸氢二钾2.0g、硫酸镁0.58g、硫酸锰

0.25g、pH6.2‑6.6;发酵条件为温度25‑37℃,溶氧≤5%。

说明书 :

一种腺苷七肽及其制备菌株

技术领域

[0001] 本发明涉及一种腺苷七肽及其产生菌株,属于生物技术领域。技术背景
[0002] 约氏乳杆菌是一种安全无害的益生菌,可以用来发酵饲料、食品以及作为益生菌调节肠道健康,提高动物或人体免疫力。抗菌肽是生物体产生的与宿主防御和先天免疫相
关的小分子多肽,一般由5‑50个氨基酸组成。抗菌肽具有抑制杀灭病原体、促进免疫、促进
伤口愈合和粘膜防御等功能。
[0003] 腺苷七肽(又名杆菌七肽、microcin C7肽)是由肠杆菌属、乳杆菌属等微生物分泌的一种细菌素类抗菌肽,由7个氨基酸残基组成,C端通过N‑酰磷酰胺键与5'‑磷酸腺苷
(AMP)所结合形成小分子量抗菌肽,具有抗菌能力强,调节免疫的功能,是潜在的抗生素替
代品(冉仁森,中国科学院大学,硕士学位论文,2017)。腺苷七肽的N端的蛋氨酸(Met)残基
和C端的谷氨酰胺(Asn)为其保守序列,不同的微生物分泌的杆菌七肽中间的五个氨基酸残
基有所差异,抗菌效果和抗逆性也有所不同。其中,约氏乳杆菌(Lactococcus johnsonii 
NCC533)分泌的腺苷七肽序列为MHRIMKN(Olga Bantysh,Mbio,2014 Volume 5 Issue 3)。
野生型约氏乳杆菌分泌的腺苷七肽对胃蛋白酶、胰蛋白酶以及热处理耐受性差,分泌量少,
故用野生型约氏乳杆菌生产腺苷七肽安全性好,但生物稳定性差,且生产成本高,不能实现
大规模产业化。
[0004] 传统筛选目的菌株的方法工作量大、耗时长,专利CN  109400685  A采用Quickchange方法进行腺苷七肽改造,需要宿主是大肠杆菌,且仅能筛选到耐受胰蛋白酶的
菌株,无法对约氏乳杆菌基因进行快速改造。

发明内容

[0005] 本发明的目的是提供一种具有较高耐热性、耐肠液和胃液效果的腺苷七肽,本发明的目的是通过以下措施实现的:
[0006] 一种腺苷七肽,其特征在于,所述肽的氨基酸序列为MATINAN。
[0007] 上述腺苷七肽经100IU//ml胃蛋白酶或/和100IU/ml胰蛋白处理后或/和100IU/ml糜蛋白和/或95℃高温处理后,含量下降低于10.0%,抑菌效果下降低于10.0%;与野生型
七肽或其他氨基酸序列的七肽相比,具有较强的耐热、耐胃蛋白酶和胰蛋白酶的生物学特
性,且抑菌活性强。
[0008] 本发明的另一目的是提供一种菌株,该菌株可用于制备上述腺苷七肽,且能够实现高产。
[0009] 本发明的目的是通过以下措施实现的:
[0010] 一种约氏乳杆菌株(Lactobacillus johnsonii),保藏于中国微生物菌种保藏管理委员会普通微生物中心(北京市朝阳区),保藏日期是2019年10月16日,保藏号为CGMCC 
No.18695。
[0011] 上述菌株,用于制备上述腺苷七肽。
[0012] 上述菌株,经100IU//ml胃蛋白酶或/和100IU/ml胰蛋白处理后或/和100IU/ml糜蛋白和/或95℃高温处理后,发酵液中腺苷七肽含量下降低于10.0%,抑菌效果下降低于
10.0%。
[0013] 本发明的还提供了一种上述菌株的高通量筛选方法,包括以下措施:
[0014] 一种上述菌株的高通量筛选方法,采用胃蛋白酶、胰蛋白酶、糜蛋白酶作为筛选试剂,筛选时间20‑40min。
[0015] 上述高通量筛选方法,筛选温度为95℃,筛选时间为10‑20min。
[0016] 上述高通量筛选方法,步骤如下:
[0017] 1.获得单个菌株培养上清:将菌株库培养涂布于MRS琼脂,将平板上长出的菌落接种于细胞孔板,培养24小时,获得上清;
[0018] 2.检测菌株耐热及耐蛋白的性能:在细胞孔板中,每孔加入终浓度为100IU/ml的胃蛋白酶,pH=4.5‑7.0,处理后再加入终浓度为100IU/ml的胰蛋白酶和终浓度为100IU/ml
的糜蛋白酶(pH=6.5‑7.5)处理;95℃处理15‑20min进行耐热性筛选;
[0019] 3.检测菌株抑菌效果:灭活蛋白酶,每个孔中加入肉汤培养基及指示菌,培养16h后,OD580值<0.1的菌株为抑菌性能稳定且耐高温耐蛋白酶的菌株。
[0020] 本发明还提供了一种制备上述腺苷七肽的方法。该目的是通过以下措施实现的:
[0021] 一种上述腺苷七肽的制备方法,将上述菌株于MRS培养基活化18‑24小时,然后接种于发酵培养基,经过至少三个批次发酵培养,可获得产量为0.9‑1.1g/L的腺苷七肽。
[0022] 上述制备方法,每1000mL发酵培养基的成分为:蛋白胨15.0g、酵母膏10.0g、葡萄糖20.0g、磷酸氢二钾2.0g、硫酸镁0.58g、硫酸锰0.25g、pH 6.2‑6.6。
[0023] 上述制备方法的发酵条件为:温度25‑37℃,溶氧≤5%。
[0024] 有益效果:
[0025] 1.本发明公开了一种腺苷七肽,稳定性高,具有较强的耐热、耐胃蛋白酶和胰蛋白酶的生物学特性,与现有的野生型七肽及其他氨基酸序列的七肽相比,具有更强的抗菌效
果和抗逆性。
[0026] 2.本发明提供了一种制备上述腺苷七肽的菌株,具有抗逆性好、分泌量高的优势,成本低,为畜牧饲料、化妆品、保健品等领域产业化大规模制备腺苷七肽奠定了重要的基
础。
[0027] 3.本发明提供了一种获得上述菌株的高通量筛选方法,可快速准确从突变库中筛选到耐热耐蛋白酶的目的菌株,该方法不仅可用于上述菌株的筛选,其他耐热或耐蛋白的
菌株也可用该方法快速准确获得。
[0028] 4.本发明提供了一种上述腺苷七肽的制备方法,采用上述菌株在特制培养基中进行三个批次发酵培养,可获得产量为0.9‑1.1g/L的腺苷七肽,为野生型菌株产量的13‑18
倍,可实现大规模产业化的生产。
附图说明:
[0029] 图1是高通量筛选过程图
[0030] 图2是野生型以及不同突变株发酵液对大肠杆菌CGMCC44102的抑菌圈(WT为野生型,对照为无菌水,M1‑M4为不同突变株)
[0031] 图3是人工肠液处理各菌株发酵液上清液对大肠杆菌CGMCC44102的抑菌圈(右为处理前,左为处理90min后各菌株上清液抑菌圈)
[0032] 图4是人工胃液处理各菌株发酵液上清液对大肠杆菌CGMCC44102的抑菌圈(右为处理前,左为处理90min后各菌株上清液抑菌圈)
[0033] 图5是90℃水浴热处理各菌株发酵液上清液对大肠杆菌CGMCC44102的抑菌圈(右为处理前,左为处理15min后各菌株上清液抑菌圈)
[0034] 图6是色谱图(A腺苷七肽M1纯品图谱,B腺苷七肽M1发酵液图谱,C野生型纯品图谱,,D野生型发酵液图谱)
[0035] 图7是人工胃液、肠液处理腺苷七肽纯品M1、WT纯品的抑菌圈(M1、WT1为腺苷七肽纯品M1、WT形成的抑菌圈,CK为无菌水对照。M1‑1为人工胃液处理腺苷七肽M1,M1‑2为人工
肠液处理腺苷七肽M1;WT‑1为人工胃液处理WT,WT‑2为人工肠液处理WT,以上处理时间为
30min)
具体实施方案
[0036] 一、建立菌株库
[0037] 将野生型约氏乳杆菌在MRS肉汤培养基中培养10小时,达到对数生长前中期,采用紫外线照射120s,然后4mg/L亚硝基胍(NTG)处理30min进行联合诱变,构建菌株库。
[0038] 二、高通量筛选:筛选过程如图1所示。
[0039] 1.获得单个菌株培养上清:首先将菌株库培养涂布于MRS琼脂,使其每个平板约长出100个菌落,用灭菌牙签挑单菌落接种于96孔板(每个孔含有100μL培养基,其培养基成份
为MRS不加吐温和柠檬酸氢二铵)或48孔板或24孔板,培养24h后,离心,吸取100ul上清液到
另一96孔板。
[0040] 2.检测菌株的耐热及耐蛋白性能:每孔加入终浓度为100IU/ml的胃蛋白酶,环境pH=4.5‑7.0,处理20‑40min,优选30min;处理后加入终浓度为100IU/ml的胰蛋白酶和终浓
度为100IU/ml的糜蛋白酶,环境pH=6.5‑7.5,处理20‑40min,优选30min(所用的HCl、NaOH
以及蛋白酶配置好后用0.22um滤膜过滤,使其达到无菌状态),然后95℃处理10‑20min,优
选15min,进行耐热性筛选。
[0041] 3.检测菌株抑菌效果:同时灭活蛋白酶,每个孔中加入MH肉汤培养基(96孔板,每6
孔加入100μL),加入大肠杆菌CGMCC44102(活菌数10CFU/mL),培养16h后,用酶标仪测定
OD580,其OD值<0.1为抑制大肠杆菌生长的菌株,从中筛选出后进行验证。从38400株菌株中
筛选到4株耐蛋白酶和高温的菌株,其中M1的抑菌效果最好(图2),作为其筛选出的目的菌
株。相同培养条件,菌株M1‑4发酵液的抑菌圈直径比野生型都有不同程度的提高。
[0042] 三、各菌株核酸序列和氨基酸序列的确定。根据GenBank公布的约氏乳杆菌mccA序列以及上下游序列,在mccA上下游约50bp处设计引物P1和P2,通过PCR方法克隆各菌株的
mccA序列,其DNA扩增体系为50μL:2.5U/μL Taq酶,1μL;10×反应缓冲液,5μL;引物,各1μL;
模板,1μL;10mM dNTP,1μL;ddH2O,40μL,扩增条件为:变性,94℃,0.5min;退火55℃,
0.5min;延伸72℃,20s。所获得M1‑M4序列经过测序后,得到DNA序列及氨基酸序列如下:
[0043]
[0044] 四、菌株发酵液的抗逆性验证:
[0045] 人工胃液按照如下配制:取稀盐酸16.4ml,加水约800ml与胃蛋白酶10g,摇匀后,加水定容成1000ml,pH值调至4.5‑6.5。人工肠液按照如下配制:取磷酸二氢钾6.8g,加水
500ml使溶解,用0.1mol/L氢氧化钠溶液调节pH值至6.8;另取胰酶(含胰蛋白酶及糜蛋白
酶)10g,加水适量使溶解,将两液混合后,加水稀释至1000ml。取约氏乳杆菌发酵液(其培养
基成份为MRS不加吐温和柠檬酸三铵)样品1.0ml:①定溶于10mL人工肠液,其中胰蛋白酶的
终浓度为100IU/ml,糜蛋白酶的终浓度为100IU/ml,环境pH值为6.5‑7.5;②或定溶于10mL
人工胃液中,其中胃蛋白酶的终浓度为100IU/ml,环境pH值为4.5‑7.0。开始计时,分别在
30、60、120min不同时间点取样加酸或碱中和pH=7.0,再95℃处理10‑20min,优选15min灭
活蛋白酶,然后梯度稀释,以CGMCC44102指示菌进行抑菌试验,每个试验两个重复。取发酵
液样品10mL,定容于100mL无菌水中,分成4份为1‑4号样,每份20mL,1‑3号样分别与75、85、
95℃水浴处理15min,4号样为对照室温放置。以大肠杆菌CGMCC44102为指示菌进行抑菌试
验。每个试验两个重复。由于抑菌圈的直径的平方与抗菌物质的效价对数成正比,故抗逆性
试验通过可以抑菌圈的直径来确定发酵液中腺苷七肽的效价。通过高通量筛选,所得突变
株发酵液对蛋白酶的耐受性明显增加,其中,M1的抗逆性和抑菌性最强,经人工胃液及人工
肠液处理后其抑菌圈的直径基本不发生变化(<10.0%),而野生型的抑菌圈处理30min后明
显减小,处理60min后不具有抑菌作用(表1,2,图3,图4),而且耐热性明显提高(表3,图5)。
采用高通量筛选所得突变株的发酵液抑菌圈直径明显大于野生型,突变后抑菌能力增强,
耐受性提高。
[0046] 表1人工肠液处理发酵液对大肠杆菌CGMCC44102抑菌活性的影响
[0047]
[0048] —表示无明显抑菌圈,下同
[0049] 表2人工胃液处理发酵液对大肠杆菌CGMCC44102抑菌活性的影响
[0050]
[0051] 表3热处理发酵液对大肠杆菌CGMCC44102抑菌活性的影响
[0052]
[0053] 五、从约氏乳杆菌M1中获得腺苷七肽
[0054] 将约氏乳杆菌M1在MRS培养基活化后,连续传代三个批次发酵液定量测定其腺苷七肽,其腺苷七肽的含量为0.98g/L、0.93g/L、1.10g/L,而野生型的发酵液中腺苷七肽的含
量为0.06、0.07、0.06g/L(发酵培养基成分如下:蛋白胨15.0g、酵母膏10.0g、葡萄糖20.0g、
磷酸氢二钾2.0g、硫酸镁0.58g、硫酸锰0.25g、蒸馏水1000mL、pH 6.2‑6.6、温度:35‑37℃,
溶氧≤5%)。突变株的腺苷七肽的分泌量是野生型菌株的13‑18倍。经过三个批次发酵液腺
苷七肽含量稳定,证明此菌株具有良好的遗传稳定性,其产生的腺苷七肽可以进行产业化。
2.发酵液腺苷七肽的含量测定方法如下:按M1菌株的腺苷七肽氨基酸序列,在生物公司采
用化学法分别合成腺苷七肽M1和野生型菌株腺苷七肽WT(南京金斯瑞)纯品(99%),以纯品
为标准,测定发酵液中腺苷七肽的含量。其方法如下:用反相色谱柱:C18(4.6×250mm);洗
脱液:流动相A(0.1%三氟乙酸)、流动相B(90%乙腈)按表4进行洗脱。所设的参数应为:柱
温:25℃,检测波长:260nm;最大压力:200bar。
[0055] 表4高效液相洗脱条件
[0056]
[0057] 纯品溶于水中,上样测定纯品的出峰时间,然后发酵液上样。外标法以峰面积和浓度(上样量一致)成正比计算,采用下列公式计算含量:
[0058] 式中AX为发酵液腺苷七肽的峰面积;CX为发酵液中腺苷七肽的含量(μg/g);AR为对照品的峰面积:CR为对照品
的浓度(μg/mL)。M1腺苷七肽纯品和发酵液图谱为图6A、6B,野生型纯品和发酵液图谱6C、
6D。
[0059] 六、腺苷七肽M1和腺苷七肽WT抗逆性的验证
[0060] 用化学合成法合成(南京金斯瑞生物有限公司)腺苷七肽M1(序列为MATINAN)和WT(序列为MHRIMKN),分别配制M1和WT溶液1.0mg/mL,然后用人工胃液或肠液按照1:10稀释腺
苷七肽M1和WT溶液,其中胃蛋白酶的终浓度为100IU/ml,胰蛋白酶的终浓度为100IU/ml,糜
蛋白酶的终浓度为100IU/ml,处理20‑40min,优选30min,再95℃,处理10‑20min,优选
15min,进行耐热性处理,同时灭活蛋白酶,调节pH=7.0。结果显示经人工肠液或人工胃液
处理后,腺苷七肽M1的抑菌圈直径与对照组相比仅下降8.30±1.23或7.42±1.11%,抑菌
圈直径显著大于腺苷七肽WT,腺苷七肽M1的含量与对照组相比仅下降5.48±0.92或4.71±
0.88%,含量显著高于腺苷七肽WT,证实腺苷七肽M1的抑菌效果和抗蛋白酶活性显著强于
腺苷七肽WT(表5,图7)。
[0061] 表5纯品腺苷七肽M1和WT抗逆性验证结果
[0062]
[0063] 同项目同行肩标不同字母表示差异显著(P<0.05)