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微生物所在利用二氧化碳生产蛋白质方面取得重要进展

摘要 : 中国科学院微生物研究所李寅研究员和周杰博士研究小组,发现并证明蓝细菌基因组上的转录因子结合位点对蓝细菌启动子强度起决定作用。因此,开发一个适用于蓝细菌的超强启动子Pcpc560。相关文章发表于2014年3月28日的《Scientific Reports》杂志上。
微生物所在利用二氧化碳生产蛋白质方面取得重要进展

近年来,由于全球气候、环境和能源问题,二氧化碳的封存、固定和转化技术备受关注。光合自养原核生物蓝细菌(cyanobacteria)由于生长相对快、不产内毒素、表达外源基因不形成包涵体等优点,成为二氧化碳生物转化的研究热点。通过对蓝细菌进行工程改造,已经可以将二氧化碳生物转化为一系列酮、醇、酸等化学品。

然而,在利用二氧化碳生产蛋白质方面,一直进展缓慢。目前在蓝细菌中表达外源基因的启动子多来源于大肠杆菌,但即便用最强的大肠杆菌启动子,蓝细菌中外源基因的表达水平仍然很低。

中国科学院微生物研究所李寅研究员和周杰博士研究小组,通过比对、分析不同物种启动子及表达测试,发现并证明蓝细菌基因组上的转录因子结合位点(Transcr-ption Factor Binding Site, TFBS)对蓝细菌启动子强度起决定作用。

据此提出了设计蓝细菌启动子时要考虑TFBSs的新原则,并开发了一个适用于蓝细菌的超强启动子Pcpc560。在Pcpc560的控制下,外源基因在蓝细菌中的表达量可以达到可溶性蛋白的15%,与大肠杆菌中外源基因的表达水平相当。

该工作为以二氧化碳为原料生产蛋白质和化学品提供了一个重要工具,已于3月28日发表在自然出版集团的Scientific Reports上。研究得到973计划重大科学问题导向项目“人工合成细胞工厂”资助。

原文摘要:

Discovery of a super-strong promoter enables efficient production of heterologous proteins in cyanobacteria

Jie Zhou, Haifeng Zhang, Hengkai Meng, Yan Zhu, Guanhui Bao, Yanping Zhang, Yin Li &Yanhe Ma

Cyanobacteria are oxygenic photosynthetic prokaryotes that play imp0rtant roles in the global carbon cycle. Recently, engineered cyanobacteria capable of producing various small molecules from CO2 have been developed. However, cyanobacteria are seldom considered as factories for producing proteins, mainly because of the lack of efficient strong promoters. Here, we report the discovery and verification of a super-strong promoter Pcpc560, which contains two predicted promoters and 14 predicted transcr-ption factor binding sites (TFBSs). Using Pcpc560, functional proteins were produced at a level of up to 15% of total soluble protein in the cyanobacterium Synechocystis sp. 6803, a level comparable to that produced in Escherichia coli. We demonstrated that the presence of multiple TFBSs in Pcpc560 is crucial for its promoter strength. Genetically transformable cyanobacteria neither have endotoxins nor form inclusion bodies; therefore, Pcpc560opens the possibility to use cyanobacteria as alternative hosts for producing heterogeneous proteins from CO2 and inorganic nutrients.

 

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