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文章背景简介  

BACKGROUND INTRODUCTION

光感受器是检测和响应光质量和强度变化的蛋白质机制，在最新的研究中表明，光感受器已经允许作为一种新的遗传工具。光遗传学利用各种光感受器直接通过光照来控制细胞行为，其作为一种基于合成生物学的生物过程设计，最近引起了人们的关注。

蓝藻具有多种光传感系统，可有效调节光合作用，避免强光或短波长光引起的光抑制。在以往研究中，人们通过利用蓝藻细菌中的各种光感受器，开发出了一种绿光诱导的基因表达系统。一种藻胆素体连接体的表达基因cpcG2是由传感器组氨酸激酶CcaS和同源反应调节因子CcaR进行染色质调控。利用内源性CcaS／CcaR系统，将cpcG2的修饰启动子PcpcG2插入载体质粒的上游，对外源性诱导基因进行绿光调控。此外，来自聚囊藻的CcaS、CcaR和PcpcG2、PCC6803已转化到海洋蓝藻聚球菌NKBG 15041c作为外源性绿光调控基因表达系统。该系统已应用于蓝藻细菌绿光调节自溶系统的构建，采用了在绿光调节基因表达控制下的T4噬菌体衍生的裂解系统。

然而，蓝藻光感受器的应用不仅局限于其本身，而且也可用于非光合微生物。Tabor等人的一项开创性研究实现了蓝藻杆菌衍生的绿光传感系统可以在大肠杆菌中功能性表达和利用。由于CcaS的发色团藻蓝胆素（PCB）在大肠杆菌中不是内源性合成的，因此PCB合成基因盒与CcaS／CcaR系统共表达导致了大肠杆菌中绿光调控基因的表达。Tabor和他的同事还报道了一种使用工程CcaS的多色基因表达系统。

2016年2月15日，日本东京农业科技大学的OMitsuharu Nakajima等人在MICROBIAL CELL FACTORIES期刊《BIOTECHNOLOGY ＆ APPLIED MICROBIOLOGY》（生物工程与应用微生物2区IF＝5．328）发表了“Development of a light－regulated cell－recovery system for non－photosynthetic bacteria”文章。在本研究中，作者构建了一种以非光合微生物为基础的调控生物过程的技术，即光调节的细胞恢复系统。它采用双组分基因表达系统CcaS／CcaR控制的绿光调控基因表达系统作为光调控基因表达系统。对于细胞回收技术，作者选择了大肠杆菌的自聚集系统。抗原43（Ag43）是一种来自大肠杆菌的自转运蛋白，是感染过程中聚集和生物膜形成的必要蛋白。Ag43由三个结构域组成：一个用于分泌到周质空间的信号肽，一个β结构域在外膜上形成一个选择性通道来转移α结构域用于细胞外显示，另一个α结构域是自聚集的连接体。α结构域之间的高亲和力触发自聚集，从而导致细胞沉淀。最近，有研究报道了Ag43的α结构域复合物的结构。本研究则将Ag43结构基因插入cpcG2启动子PcpcG2的下游，利用绿光诱导调控其表达，通过在大肠杆菌中实现其发色团合成基因盒表达和蓝藻CcaS／CcaR的功能性表达。携带该系统的大肠杆菌转化子在绿光照射下自聚集并沉淀，而缺乏绿光诱导系统的转化子则没有。绿光诱导系统在细胞培养进入固定生长阶段之前就有效地发挥了作用，大约80％的细胞培养物通过简单的修饰被恢复。

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所用到的主要方法

METHODS  

绿光诱导聚集系统编码质粒的构建

多氯联苯合成基因编码质粒的构建

自聚集调节试验

用定量逆转录PCR对Ag43的转录进行分析

细胞恢复评价

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文章主要内容摘要

ABSTRACT

光传感器可以作为一种新的遗传工具。蓝藻细菌拥有多种光感受器，其中之一为绿色可诱导基因表达系统，用于调控蓝藻细菌的基因表达。然而，蓝藻光感受器的应用并不局限于其本身，还可以通过将蓝藻发色团与蓝藻的光敏系统的共表达用于其它非光合微生物。比如一种基于抗原43（Ag43）的大肠杆菌衍生的自聚集系统，已被证明可以诱导多种细菌的细胞自聚集。本研究在一种大肠杆菌转化株中，构建了含有编码Ag43结构基因的绿光调控基因表达系统的质粒PCC6803。将Ag43插入cpcG2启动子PcpcG2的下游，通过绿光诱导调控其表达，使其发色团合成基因盒表达和蓝藻CcaS／CcaR在大肠杆菌中实现功能性表达。携带这种设计系统的大肠杆菌转化子在绿光照射下自聚集并沉淀，而缺乏绿光诱导系统的转化子则没有。绿光诱导系统在细胞培养进入固定生长阶段之前有效发挥作用，大约80％的细胞培养物通过简单的修饰被恢复。本研究建立了一种针对细胞暴露于绿光诱导的非光合微生物的细胞恢复系统。该系统由一个来自蓝藻细菌的双组分调节系统调控，细胞沉淀由一个自转运蛋白Ag43介导。为进一步严格控制和提高细胞回收效率，该系统可以作为未来生物加工的一种新工具，减少细胞回收所需的能量和劳动力。

       原文标题 : 一种针对非光合细菌的光调节性细胞恢复系统