[发明专利]用于增强低聚糖利用的工程化的微生物

说明书

本文公开了用于增强低聚糖利用和提高从低聚糖的代谢中获得的化合物的产量的基因修饰的微生物和相关方法。本文所述的微生物中的质膜ATP酶蛋白(PMA1)和/或一种或多种胞外葡萄糖感受器，即蔗糖非发酵蛋白(SNF3)、恢复型葡萄糖转运蛋白(RGT2)和G蛋白偶联受体1蛋白(GPR1)的活性发生了改变。这些基因修饰为所述微生物提供了增强的利用低聚糖产生目标化合物，特别是塔格糖、2’‑岩藻糖基乳糖和阿洛酮糖的能力。还提供了在此类低聚糖存在下培养所述微生物以产生所述目标产物的方法。

相关申请

本申请要求2017年6月30日提交的美国临时申请号62/527,182的优先权，所述申请据此以引用的方式整体并入。

背景技术

低聚糖是低分子量碳水化合物，其含有具有介于2与10之间的聚合度(DP)的糖部分。低聚糖可从天然来源中获得，并且也可合成得到。一些微生物天然地消耗低聚糖，并利用低聚糖作为其能量来源。低聚糖的各种天然来源包括牛乳、蜂蜜、甘蔗汁、黑麦、大麦、小麦、大豆、小扁豆、芥菜、水果和蔬菜如洋葱、芦笋、甜菜、朝鲜蓟、菊苣、韭菜、大蒜、香蕉、雪莲果、番茄和竹笋。常见的低聚糖制造方法包括多糖的水解、双糖或单糖底物的化学和酶聚合。多糖的酸、碱和酶水解产生具有所需结构和功能特性的低聚糖。一般说来，酶促法由于其高选择性和产率及环境友好性质而对低聚糖合成是优选的。其他低聚糖可通过引入外源性基因被工程化以实现低聚糖的消耗。

功能性低聚糖已成为食品和膳食补充剂中有价值的组分。它们对结肠微生物的消化和发酵的抗性使低聚糖具有营养优势。除了作为膳食纤维、甜味剂和保湿剂，它们还被誉为益生元。其有益效果包括从抗氧化、抗炎、免疫调节、抗高血压和抗过敏到抗癌、神经保护及皮肤屏障功能和水合作用的改善。生物活性低聚糖的日益流行加速了从新的、可持续的来源产生它们的研究。

低聚糖常被用作碳源或原料，以便为用于产生所需产物的基因修饰的微生物中的发酵或其它代谢过程提供燃料。然而，此过程的效率受到基因修饰的微生物有效利用所提供的碳源的能力的限制。此外，所有天然和常规的基因工程化低聚糖利用系统在低聚糖运输到微生物中期间或在低聚糖裂解期间都会损失能量。这种能量损失降低了微生物生产化学物质的效率，从而又增加了生产的成本和时间。因此，需要用于优化微生物对低聚糖的利用以减少生产化学物质的时间和费用的组合物和方法。

发明内容

提供了呈现增强的低聚糖利用的微生物。在某些实施方案中，所述微生物包含以下一种或多种基因修饰：i)提高质膜ATPase蛋白(PMA1)的活性，和/或ii)降低蔗糖非发酵蛋白(SNF3)的活性，和/或iii)降低恢复型葡萄糖转运蛋白(RGT2)的活性，和/或iv)降低G蛋白偶联受体1蛋白(GPR1)的活性。在某些实施方案中，导致i)、ii)、iii)和iv)的这些基因修饰分别在质膜ATPase基因(Pma1)、蔗糖非发酵基因(Snf3)、葡萄糖转运基因(Rgt2)和G蛋白偶联受体1基因(Gpr1)中产生。

与亲代微生物相比，本文所述的微生物具有提高的利用低聚糖从那些低聚糖的代谢中产生目标产物的能力。因此，提供了通过在含有低聚糖的培养基中培养本公开的微生物并从培养基中获得目标产物来产生所述目标产物的方法。

在一些实施方案中，微生物是细菌或真菌，例如丝状真菌或酵母。在特定实施方案中，微生物是酵母，例如酿酒酵母。

附图说明

图1显示组成型活性Pma1的引入在胞外葡萄糖不存在下改善低聚糖的利用。

图2显示胞外葡萄糖感受器Snf3和Rgt2的破坏在胞外葡萄糖不存在下改善低聚糖的利用。

图3显示组成型活性Pma1与破坏Snf3 Rgt2胞外葡萄糖感受器的组合在胞外葡萄糖不存在下协同地改善低聚糖的利用。

图4示出了塔格糖(作为所需产物的一个实例)产量在具有Snf3和Rgt2破坏的菌株中的增加。