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文章背景簡介  

BACKGROUND INTRODUCTION

光感受器是檢測和響應光質量和強度變化的蛋白質機制，在最新的研究中表明，光感受器已經(jīng)允許作為一種新的遺傳工具。光遺傳學利用各種光感受器直接通過光照來控制細胞行為，其作為一種基于合成生物學的生物過程設計，最近引起了人們的關注。

藍藻具有多種光傳感系統(tǒng)，可有效調節(jié)光合作用，避免強光或短波長光引起的光抑制。在以往研究中，人們通過利用藍藻細菌中的各種光感受器，開發(fā)出了一種綠光誘導的基因表達系統(tǒng)。一種藻膽素體連接體的表達基因cpcG2是由傳感器組氨酸激酶CcaS和同源反應調節(jié)因子CcaR進行染色質調控。利用內源性CcaS／CcaR系統(tǒng)，將cpcG2的修飾啟動子PcpcG2插入載體質粒的上游，對外源性誘導基因進行綠光調控。此外，來自聚囊藻的CcaS、CcaR和PcpcG2、PCC6803已轉化到海洋藍藻聚球菌NKBG 15041c作為外源性綠光調控基因表達系統(tǒng)。該系統(tǒng)已應用于藍藻細菌綠光調節(jié)自溶系統(tǒng)的構建，采用了在綠光調節(jié)基因表達控制下的T4噬菌體衍生的裂解系統(tǒng)。

然而，藍藻光感受器的應用不僅局限于其本身，而且也可用于非光合微生物。Tabor等人的一項開創(chuàng)性研究實現(xiàn)了藍藻桿菌衍生的綠光傳感系統(tǒng)可以在大腸桿菌中功能性表達和利用。由于CcaS的發(fā)色團藻藍膽素（PCB）在大腸桿菌中不是內源性合成的，因此PCB合成基因盒與CcaS／CcaR系統(tǒng)共表達導致了大腸桿菌中綠光調控基因的表達。Tabor和他的同事還報道了一種使用工程CcaS的多色基因表達系統(tǒng)。

2016年2月15日，日本東京農(nóng)業(yè)科技大學的OMitsuharu Nakajima等人在MICROBIAL CELL FACTORIES期刊《BIOTECHNOLOGY ＆ APPLIED MICROBIOLOGY》（生物工程與應用微生物2區(qū)IF＝5．328）發(fā)表了“Development of a light－regulated cell－recovery system for non－photosynthetic bacteria”文章。在本研究中，作者構建了一種以非光合微生物為基礎的調控生物過程的技術，即光調節(jié)的細胞恢復系統(tǒng)。它采用雙組分基因表達系統(tǒng)CcaS／CcaR控制的綠光調控基因表達系統(tǒng)作為光調控基因表達系統(tǒng)。對于細胞回收技術，作者選擇了大腸桿菌的自聚集系統(tǒng)�？乖�43（Ag43）是一種來自大腸桿菌的自轉運蛋白，是感染過程中聚集和生物膜形成的必要蛋白。Ag43由三個結構域組成：一個用于分泌到周質空間的信號肽，一個β結構域在外膜上形成一個選擇性通道來轉移α結構域用于細胞外顯示，另一個α結構域是自聚集的連接體。α結構域之間的高親和力觸發(fā)自聚集，從而導致細胞沉淀。最近，有研究報道了Ag43的α結構域復合物的結構。本研究則將Ag43結構基因插入cpcG2啟動子PcpcG2的下游，利用綠光誘導調控其表達，通過在大腸桿菌中實現(xiàn)其發(fā)色團合成基因盒表達和藍藻CcaS／CcaR的功能性表達。攜帶該系統(tǒng)的大腸桿菌轉化子在綠光照射下自聚集并沉淀，而缺乏綠光誘導系統(tǒng)的轉化子則沒有。綠光誘導系統(tǒng)在細胞培養(yǎng)進入固定生長階段之前就有效地發(fā)揮了作用，大約80％的細胞培養(yǎng)物通過簡單的修飾被恢復。

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所用到的主要方法

METHODS  

綠光誘導聚集系統(tǒng)編碼質粒的構建

多氯聯(lián)苯合成基因編碼質粒的構建

自聚集調節(jié)試驗

用定量逆轉錄PCR對Ag43的轉錄進行分析

細胞恢復評價

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文章主要內容摘要

ABSTRACT

光傳感器可以作為一種新的遺傳工具。藍藻細菌擁有多種光感受器，其中之一為綠色可誘導基因表達系統(tǒng)，用于調控藍藻細菌的基因表達。然而，藍藻光感受器的應用并不局限于其本身，還可以通過將藍藻發(fā)色團與藍藻的光敏系統(tǒng)的共表達用于其它非光合微生物。比如一種基于抗原43（Ag43）的大腸桿菌衍生的自聚集系統(tǒng)，已被證明可以誘導多種細菌的細胞自聚集。本研究在一種大腸桿菌轉化株中，構建了含有編碼Ag43結構基因的綠光調控基因表達系統(tǒng)的質粒PCC6803。將Ag43插入cpcG2啟動子PcpcG2的下游，通過綠光誘導調控其表達，使其發(fā)色團合成基因盒表達和藍藻CcaS／CcaR在大腸桿菌中實現(xiàn)功能性表達。攜帶這種設計系統(tǒng)的大腸桿菌轉化子在綠光照射下自聚集并沉淀，而缺乏綠光誘導系統(tǒng)的轉化子則沒有。綠光誘導系統(tǒng)在細胞培養(yǎng)進入固定生長階段之前有效發(fā)揮作用，大約80％的細胞培養(yǎng)物通過簡單的修飾被恢復。本研究建立了一種針對細胞暴露于綠光誘導的非光合微生物的細胞恢復系統(tǒng)。該系統(tǒng)由一個來自藍藻細菌的雙組分調節(jié)系統(tǒng)調控，細胞沉淀由一個自轉運蛋白Ag43介導。為進一步嚴格控制和提高細胞回收效率，該系統(tǒng)可以作為未來生物加工的一種新工具，減少細胞回收所需的能量和勞動力。

       原文標題 : 一種針對非光合細菌的光調節(jié)性細胞恢復系統(tǒng)