乳脂乳杆菌高活性组成型启动子的鉴定、工程改造及跨物种应用

《Applied Microbiology and Biotechnology》：Novel and engineered strong constitutive promoters from Lactococcus cremoris for enhanced gene expression

　　

摘要

乳脂乳杆菌（Lactococcus cremoris）是一种新兴的食品级和治疗蛋白生产微生物底盘。然而，现有的< i>L. cremoris启动子集合仅提供有限的动态范围，从而限制了那些需要在无化学诱导剂条件下实现高转录输出的应用。在此，我们鉴定并表征了一组< i>L. cremoris自身启动子，并工程改造了其变体，显著增强了其活性。首先在< i>大肠杆菌（Escherichia coli）中进行初始筛选，能够快速检测功能元件，随后在< i>L. cremoris中进行系统评估。计算建模和对5'非翻译区的靶向编辑揭示了干扰核糖体结合的mRNA二级结构会降低翻译效率，消除这些结构显著提高了表达量。此外，携带推定的cre位点突变的启动子变体揭示了CcpA介导的抑制作用，最终通过使用ΔccpA背景绕过了这一抑制。所获得的启动子（特别是PR1、d60PG2和dSDPR1）在我们的实验系统中表现出极高的活性，可能优于一些先前报道的组成型启动子，在低拷贝背景下保持了高表达，并且能在乳酸菌物种和E. coli之间通用。这些发现扩展了L. cremoris的调控工具箱，并为食品级和治疗生物技术中的稳定、无诱导剂异源表达建立了灵活的框架，包括染色体整合的工程益生菌。

图形摘要

关键点

• 鉴定并工程改造了高活性的L. cremoris组成型启动子

• 去除抑制性5'UTR和解除CcpA抑制增强了基因表达

• 扩展了L. cremoris、其他乳酸菌和E. coli的启动子工具箱