阅读说明：本技术 经过遗传改造的紫色杆菌素生物合成基因簇、重组表达载体、工程菌及其应用 (Genetically modified violacein biosynthetic gene cluster, recombinant expression vector, engineering bacterium and application thereof ) 是由 张玉阳 陈红萍 牛志远 杨荣迪 李志坤 李艳娇 于 2020-07-13 设计创作，主要内容包括：本发明公开了经过遗传改造的紫色杆菌素生物合成基因簇、重组表达载体、工程菌及其应用,通过对紫色杆菌素生物合成基因簇的核糖体结合位点进行定点突变和密码子缺失突变改造,促进紫色杆菌素合成蛋白的有效翻译,获得生产潜力显著提高的改造基因簇；通过将上述改造基因簇或者含有改造基因簇的重组载体导入到宿主菌,获得了高产紫色杆菌素的工程菌；进一步对工程菌的发酵条件进行了优化并提供紫色杆菌素的分离纯化方法。本发明构建的基因工程菌株不仅能够显著提高紫色杆菌素的产量,且与常规的紫色杆菌素20℃或25℃低温发酵不同,在25-37℃的温度条件下均可高效生产紫色杆菌素代谢产物,解决了发酵过程中的降温成本高的问题,适用于规模化生产。(The invention discloses a genetically modified violacein biosynthetic gene cluster, a recombinant expression vector, an engineering bacterium and application thereof, wherein the modified gene cluster with remarkably improved production potential is obtained by carrying out site-directed mutation and codon deletion mutation modification on a ribosome binding site of the violacein biosynthetic gene cluster to promote effective translation of violacein synthetic protein; the modified gene cluster or the recombinant vector containing the modified gene cluster is introduced into host bacteria to obtain the engineering bacteria with high violacein yield; further optimizes the fermentation conditions of the engineering bacteria and provides a method for separating and purifying violacein. The genetic engineering strain constructed by the invention can not only obviously improve the yield of violacein, but also can efficiently produce violacein metabolites under the temperature condition of 25-37 ℃ unlike the conventional low-temperature fermentation of violacein at 20 ℃ or 25 ℃, thereby solving the problem of high cooling cost in the fermentation process and being suitable for large-scale production.)

经过遗传改造的紫色杆菌素生物合成基因簇、重组表达载体、 工程菌及其应用

技术领域

本发明涉及经过遗传改造的紫色杆菌素生物合成基因簇、重组表达载体、工程菌及其应用，属于生物技术领域。

背景技术

紫色杆菌素(violacein)是微生物产生的一种代谢产物，属于吲哚衍生物，由两个色氨酸分子氧化缩合而成，具有抗肿瘤、抗病毒、抗金黄色葡萄球菌感染、抗氧化、抗疟疾、调节免疫等良好的生物活性，同时由于其本身的蓝紫色特征，可以作为一种天然色素。因此，紫色杆菌素在医药、保健、化妆品、食品添加剂、杀虫剂、纺织品、玩具等广泛的工业市场中具有潜在的应用价值。

由于紫色杆菌素类化合物具有良好的应用潜力，人们对提高其在发酵液中的产量做了大量的工作。然而，由于原产菌存在低生产率和潜在条件致病性，当前主要将紫色杆菌素生物合成基因簇在实验室常见的模式菌株中进行异源表达,然后进行代谢工程和合成生物学的改造。在这些研究中，普遍采用了几种策略。第一种策略是，尝试不同的表达菌株，如E.coli,C.freundii,E.aerogenes,C.glutamicum。第二种策略是，优化色氨酸前体供应的中心代谢途径，包括色氨酸产生和调控基因的过表达、抑制和降解基因的敲除等。第三种策略是，针对紫色杆菌素合成基因簇进行改造，或者是过表达限速酶，或者是对紫色杆菌素的五个合成基因操纵子进行重新排序。虽然当前基因工程菌的发酵产量已经获得很大提高，但仍不能满足未来工业化生产中对成本的严格要求。为了进一步提高紫色杆菌素的产量，应尝试新的策略并加以应用。

发明内容

本发明的目的是从紫色杆菌素生物合成基因的有效翻译角度，通过对其合成基因相应的核糖体结合位点进行突变改造，提高紫色杆菌素合成基因簇的生产潜力，同时构建出一系列高产紫色杆菌素的基因工程菌株，用于生产应用。

为了实现上述目的，本发明采用以下技术方案：

本发明提供一种经过遗传改造的紫色杆菌素生物合成基因簇。这些经过遗传改造的基因簇是在SEQ ID NO：5所示的紫色杆菌素生物合成相关基因核苷酸序列基础上进行的突变。SEQ ID NO：5是来源于Chromobacterium violaceum(ATCC 12472)的紫色杆菌素生物合成相关基因的核苷酸序列，包含紫色杆菌素整个合成途径中涉及的5个酶相关的vioA，vioB，vioC，vioD，vioE基因。

具体的，所述经过遗传改造的紫色杆菌素生物合成基因簇如下：

1)vioBm：是将SEQ ID NO：5所示紫色杆菌素生物合成相关基因中vioB基因的天然核糖体结合位点序列(GGGAAA)被突变为(AAGGAG)；

2)vioCm：是将SEQ ID NO：5所示紫色杆菌素生物合成相关基因中vioC基因的起始密码子“ATG”与vioB基因的终止密码子“TGA”共用“A”碱基，该突变缩短了vioC天然核糖体结合位点“GAGAGG”与其起始密码子“ATG”的距离至4bp；

3)vioDm：是将SEQ ID NO：5所示紫色杆菌素生物合成相关基因中vioC基因3’端的密码子“GTC”发生删除突变，该突变缩短了vioD天然核糖体结合位点“AGGGAG”与其起始密码子“ATG”的距离至6bp；

4)vioEm：是将SEQ ID NO：5所示紫色杆菌素生物合成相关基因中vioE基因的天然核糖体结合位点序列(AGGAGG)被突变为(AAGGAG)；

其中，vioBm、vioCm、vioDm、vioEm的突变位点核苷酸序列如图2所示。

5)vioBEm：其核苷酸序列如SEQ ID NO：1，是将SEQ ID NO：5所示紫色杆菌素生物合成相关基因中vioB基因的天然核糖体结合位点序列(GGGAAA)被突变为(AAGGAG)，同时vioE基因的天然核糖体结合位点序列(AGGAGG)被突变为(AAGGAG)；

6)vioBCEm：其核苷酸序列如SEQ ID NO：2，是在SEQ ID NO：1的基础上，进一步将vioC基因的起始密码子“ATG”与vioB基因的终止密码子“TGA”共用“A”碱基，该突变缩短了vioC天然核糖体结合位点“GAGAGG”与其起始密码子“ATG”的距离至4bp；

7)vioBDEm：其核苷酸序列如SEQ ID NO：3，是在SEQ ID NO：1的基础上，进一步将vioC基因3‘端的密码子“GTC”发生删除突变，该突变缩短了vioD天然核糖体结合位点“AGGGAG”与其起始密码子“ATG”的距离至6bp；

8)vioBCDEm：其核苷酸序列如SEQ ID NO：4，是在SEQ ID NO：1的基础上，进一步将vioC基因的起始密码子“ATG”与vioB基因的终止密码子“TGA”共用“A”碱基，该突变缩短了vioC天然核糖体结合位点“GAGAGG”与其起始密码子“ATG”的距离至4bp，同时，将vioC基因3‘端的密码子“GTC”发生删除突变，该突变缩短了vioD天然核糖体结合位点“AGGGAG”与其起始密码子“ATG”的距离至6bp；

本发明第二方面提供包含上述经过遗传改造的紫色杆菌素生物合成基因簇的重组表达载体。这些重组载体可以通过本领域常规方法将本发明的基因簇核苷酸序列连接于各种载体上构建，所述载体可以是本领域常规的各种载体，如质粒、噬菌体或病毒载体等，优选高拷贝数的pETduet-1。

本发明第三方面提供包含上述经过遗传改造的紫色杆菌素生物合成基因簇的基因工程菌，能够用于紫色杆菌素的生产。这些工程菌可以通过将本发明的重组表达载体转化至宿主菌中获得。所述宿主菌可以为本领域常规的各种菌种，能够满足重组表达载体可以稳定自我复制，且所携带的经过遗传改造的紫色杆菌素生物合成基因簇可以有效表达即可。本发明优选大肠杆菌，进一步的，优选E.coli BL21(DE3)或E.coli BL21(DE3)(tnaA^-)，后者是将E.coliBL21(DE3)基因组中的tnaA基因(SEQ ID NO：6)由卡那霉素抗性基因(SEQID NO：7)替换。

本发明第四方面提供一种生产紫色杆菌素的方法，通过将上述工程菌接种于培养基，发酵获得紫色杆菌素和脱氧紫色杆菌素。所述培养基可以是本领域能够使基因工程菌生长并生产紫色杆菌素的培养基，优选LB液体培养基(1％蛋白胨，0.5％酵母粉，0.5％氯化钠)或LB固体培养基(1％蛋白胨，0.5％酵母粉，0.5％氯化钠，3％琼脂粉)。发酵条件只要能够使工程菌正常生长并产生紫色杆菌素即可。本发明采取发酵条件：将上述基因工程菌过夜培养的种子按2％接菌量接种于LB液体培养基，220rpm/min,37℃培养至OD_600nm＝0.8，然后调至适宜的发酵温度，同时加入IPTG诱导剂，继续连续发酵适当时间。

优选的，所述发酵温度为25℃-37℃；

优选的，所述发酵时间为24-72小时；

优选的，所述培养基中添加浓度为0.01-0.04mM的诱导剂IPTG；

优选的，所述培养基中还可以添加浓度为1-2mM色氨酸前体；

经实验优化得到最佳发酵条件：所述发酵温度为30℃，发酵时间为48h，培养基中添加诱导剂IPTG的浓度为0.02mM，饲喂色氨酸前体的浓度为2mM。

本发明第五方面提供一种纯化分离紫色杆菌素的方法，将通过上述生产紫色杆菌素的方法得到的发酵液收集，12000rpm离心5min，舍弃上清液得到细胞沉淀，用一倍体积甲醇洗涤几次，直到细胞沉淀无色为止；再将洗涤后的甲醇进行真空蒸馏富集，得到紫色杆菌素粗品；

优选的，所述方法还包括用硅胶柱层析法对所得的紫色杆菌素粗品进一步纯化的步骤：将0.2g紫色杆菌素粗品溶解于1ml甲醇，加入到2cm×20cm硅胶柱上，利用500ml乙酸乙酯/石油醚＝9/1进行洗脱，分步收集洗脱液，真空干燥后得到紫色杆菌素；

优选的，所述方法还包括高效液相色谱分离的步骤，条件为：色谱柱：YMC-PackODS-AQ(4.6×250mm，5μm)；流动相A：ddH₂O；流动相B：乙腈，含0.5％甲酸；检测波长：UV＝575nm；柱温：30℃；流速：1.0mL/min；洗脱程序0-15min，50％-100％B；15-16min，100％B；16-17min，100％-50％B；17-30min，50％B；收集保留时间为7min的洗脱峰，真空干燥后得到99.9％纯度的紫色杆菌素纯品；收集保留时间为10.5min的洗脱峰，真空干燥后得到99.9％纯度脱氧紫色杆菌素纯品。

本发明的有益效果在于：

本发明提供了经过遗传改造的紫色杆菌素生物合成基因簇，从紫色杆菌素生物合成基因的有效翻译角度，通过对其合成基因相应的核糖体结合位点进行定点突变和密码子的缺失突变改造，提高紫色杆菌素合成基因簇的生产潜力。

本发明通过将上述经过遗传改造的紫色杆菌素生物合成基因簇或者含有相应基因簇的重组载体导入到宿主菌，获得高产紫色杆菌素的基因工程菌；并在此基础上对宿主菌进行基因修饰，将E.coli BL21(DE3)基因组中的降解色氨酸的色氨酸酶(tnaA)基因敲除。本发明构建的基因工程菌株不仅能够显著提高紫色杆菌素的产量，而且与常规的紫色杆菌素低温发酵不同(20℃或25℃)，在25-37℃的温度条件下均可高效生产紫色杆菌素代谢产物，其产量并不会随着温度的升高而降低，解决了发酵过程中的降温成本高的问题，适用于规模化生产。

本发明对基因工程菌的发酵条件进行了优化，提供了最适宜的发酵温度、时间、诱导剂浓度以及色氨酸前体的添加量，进一步提高发酵液中紫色杆菌素的产量。本发明提供的紫色杆菌素基因工程菌，可以在固体或液体LB培养基中发酵生产紫色杆菌素，培养基成分简单价格低廉，且突变株BCDEm(tnaA^-)的紫色杆菌素产量高达3269.7μM/L。

本发明进一步对发酵液中和紫色杆菌素的分离纯化工艺进行探索，获得不同纯度等级的紫色杆菌素产品；通过高效液相色谱将紫色杆菌素与脱氧紫色杆菌素分离，分别得到紫色杆菌素与脱氧紫色杆菌素纯度高达99.9％的纯品，为后续的工业化生产或科学研究奠定基础。

附图说明

图1是紫色杆菌素生物合成基因簇的表达质粒Vio12472的结构示意图；

图2是Bm，Cm，Dm，Em菌株中对应于vioBm，vioCm，vioDm，vioEm的RBS突变测序结果图；

图3是Vio12472/E.coli BL21(DE3)，Bm，Cm，Dm，Em，BEm，BCEm，BDEm的平板培养表型图；

图4是宿主菌E.coli BL21(DE3)(tnaA^-)的构建与扩增验证结果图；

图5是紫色杆菌素、脱氧紫色杆菌素标品及Vio12472/E.coli BL21(DE3)发酵产物的液相检测(UV_575nm)结果图；

图6是紫色杆菌素和脱氧紫色杆菌素的标准曲线图；

图7是Vio12472/E.coli BL21(DE3)，Bm，Cm，Dm，Em，BEm，BCEm，BDEm，BCDEm菌株的发酵产量图；

图8是BCDEm菌株的发酵温度优化结果图；

图9是BCDEm菌株的诱导剂IPTG添加量优化结果图；

图10是BCDEm菌株的诱导发酵时间优化结果图；

图11是Vio12472/E.coli BL21(DE3)(tnaA^-)和BCDEm(tnaA^-)两株菌的过量色氨酸前体喂养发酵结果图。

具体实施方式

下面结合具体实施方式对本发明作进一步描述，但本发明的保护范围并不仅限于此：

实施例1：野生型紫色杆菌素生物合成基因簇(vioABCDE)的获得

利用上海生工生物公司的细菌基因组DNA快速抽提试剂盒对Chromobacteriumviolaceum(ATCC 12472)的基因组DNA进行分离，获得紫色杆菌素基因簇克隆的PCR扩增模板；随后利用引物对Vio-pETduet-PF/PR，通过Takara公司生产的高保真酶PrimeGXL DNA polymerase扩增得到7325bp的vioABCDE(SEQ ID NO：5)。

实施例2：重组表达载体Vio12472的构建

利用南京Vazyme公司的重组克隆试剂盒，将vioABCDE操纵子(7325bp)重组构建到pETduet-1表达载体的KpnI位点。测序验证后形成的质粒命名为Vio12472(如图1)。

实施例3：重组表达载体Vio12472-vioB-RBSm、Vio12472-vioC-RBSm、Vio12472-vioD-RBSm、Vio12472-vioE-RBSm的构建

(1)以实施例2获得的野生型质粒Vio12472为模板，利用引物对vioB-RBSm-PF/PR采用反向PCR扩增技术在紫色杆菌素生物合成基因簇中vioB基因的核糖体结合位点引入定点突变。PCR产物先用DpnI酶在37℃下孵育1h，消除PCR模板，然后将酶解产物转化E.coliDH5α化学感受态细胞，涂布Amp抗性LB平板。

(2)平板置于恒温箱，经37℃培养过夜后产生新转化子，平行挑取3个转化子进行DNA测序验证。

(3)对测序正确的转化子，采用常规的质粒提取方法得到相应突变质粒Vio12472-vioB-RBSm。

按照与Vio12472-vioB-RBSm相似的构建流程，分别利用引物对vioC-RBSm-PF/PR，vioD-RBSm-PF/PR，vioE-RBSm-PF/PR构建得到Vio12472-vioC-RBSm、Vio12472-vioD-RBSm、Vio12472-vioE-RBSm。

实施例4：重组表达载体Vio12472-vioBE-RBSm的构建

以Vio12472-vioB-RBSm质粒为PCR扩增模板，利用vioE-RBSm-PF/PR引物对构建得到Vio12472-vioBE-RBSm质粒，具体操作步骤同实施例3。

重组表达载体Vio12472-vioBE-RBSm中包含经过遗传改造的紫色杆菌素生物合成基因簇vioBEm，其核苷酸序列如SEQ ID NO：1所示。

实施例5：重组表达载体Vio12472-vioBCE-RBSm的构建

以实施例3获得的Vio12472-vioB-RBSm质粒为PCR扩增模板，首先利用vioC-RBSm-PF/PR引物对构建得到Vio12472-vioBC-RBSm质粒；然后以后者为模板，利用vioE-RBSm-PF/PR引物对构建得到Vio12472-vioBCE-RBSm质粒，具体操作步骤同实施例3。

重组表达载体Vio12472-vioBCE-RBSm中包含经过遗传改造的紫色杆菌素生物合成基因簇vioBCEm，其核苷酸序列如SEQ ID NO：2所示。

实施例6：重组表达载体Vio12472-vioBDE-RBSm的构建

以实施例3获得的Vio12472-vioB-RBSm质粒为PCR扩增模板，首先利用vioD-RBSm-PF/PR引物对构建得到Vio12472-vioBD-RBSm质粒；然后以后者为模板，利用vioE-RBSm-PF/PR引物对构建得到Vio12472-vioBDE-RBSm质粒，具体操作步骤同实施例3。

重组表达载体Vio12472-vioBDE-RBSm中包含经过遗传改造的紫色杆菌素生物合成基因簇vioBDEm，其核苷酸序列如SEQ ID NO：3所示。

实施例7：重组表达载体Vio12472-vioBCDE-RBSm的构建

以实施例3获得的Vio12472-vioC-RBSm质粒为PCR扩增模板，首先利用vioD-RBSm-PF/PR引物对构建得到Vio12472-vioCD-RBSm质粒；然后以后者为模板，利用vioE-RBSm-PF/PR引物对构建得到Vio12472-vioCDE-RBSm质粒；然后以Vio12472-vioCDE-RBSm质粒为模板，利用vioB-RBSm-PF/PR引物对构建得到Vio12472-vioBCDE-RBSm质粒，具体操作步骤同实施例3。

重组表达载体Vio12472-vioBCDE-RBSm中包含经过遗传改造的紫色杆菌素生物合成基因簇vioBCDEm，其核苷酸序列如SEQ ID NO：4所示。

实施例8：基因工程菌Bm、Cm、Dm、Em、BEm、BCEm、BDEm和BCDEm的构建

将实施例3-7所获得的重组表达载体Vio12472-vioB-RBSm、Vio12472-vioC-RBSm、Vio12472-vioD-RBSm、Vio12472-vioE-RBSm、Vio12472-vioBE-RBSm、Vio12472-vioBCE-RBSm、Vio12472-vioBDE-RBSm以及Vio12472-vioBCDE-RBSm分别转化大肠杆菌，获得高产紫色杆菌素基因工程菌，步骤如下：

(1)以上质粒分别取2-3μL与100μLE.coli BL21(DE3)化学感受态混合，冰浴30min后，迅速置于42℃，90s，然后再次冰浴5min；

(2)在以上孵育细胞中添加900μL新鲜LB培养基，置于37℃摇床恢复培养1h；

(3)将以上恢复培养过的菌液，取200-300μL涂布Amp抗性LB固体平板，在超净工作台中晾干后，转入37℃培养12-16h；

(4)经培养长出的转化子单克隆即使所需菌株，作为发酵使用。

Bm，Cm，Dm，Em菌株中对应于vioBm，vioCm，vioDm，vioEm的RBS突变测序结果图2所示，Vio12472/E.coli BL21(DE3)，Bm，Cm，Dm，Em，BEm，BCEm，BDEm的平板培养表型如图3所示。

实施例9：宿主菌E.coli BL21(DE3)(tnaA^-)的构建

(1)从大肠杆菌BL21(DE3)基因组DNA中分别扩增出上臂片段790bp(tnaA-KO-us-PF/PR引物对)和下游片段732bp(tnaA-KO-ds-PF/PR)，同时利用引物对tnaA-KO-PF/PR从质粒pJTU4659扩增出含有卡那霉素(Kanamycin，Kan)抗性基因的中臂片段1303bp；然后采用重叠延伸PCR技术将上、中、下臂三个DNA片段拼接到一起，得到一个人工的长片段，具体实验步骤如下：1)利用上海生工细菌基因组提取试剂盒得到大肠杆菌BL21(DE3)的基因组DNA，作为下一步扩增的模板；2)分别利用tnaA-KO-us-PF/PR引物对和tnaA-KO-ds-PF/PR引物对扩增上下游片段；3)以实验室保存的质粒pJTU4659为模板，利用tnaA-KO-PF/PR引物对扩增得到卡那霉素抗性基因片段；4)利用重叠延伸PCR技术(95℃变性30s，58℃退火30s，72℃延伸3min，总共30个循环)和tanA-KO-us-PF/tnaA-KO-ds-PR引物对，将以上三个DNA片段拼接成一个长片段。

(2)将以上长片段和λ-red辅助质粒pKOBEG(阿泊拉霉素抗性，Apramycin)一起电转化大肠杆菌BL21(DE3)感受态细胞，其中电穿孔采用微脉冲电穿孔器(Bio-Rad)和电穿孔槽(0.1cm电极间隙宽度)在1.8KV和4.6ms条件下进行，转化后的菌液涂布Kan抗性LB平板。

(3)以上培养物经37℃培养过夜后，在Kan抗性固体板上形成转化子菌落，平行挑取3个菌落首先用引物对tnaA-KOV-PF/PR进行PCR扩增验证，对于未敲除tnaA基因的大肠杆菌菌BL21(DE3)的扩增条带大小是2277bp，对于Kan抗性基因***的tnaA突变株的扩增条带大小是2944bp，对于突变株随后采用DNA测序验证为正确突变。

该突变菌株的构建流程与验证结果见图4。

实施例10：基因工程菌BCDEm(tnaA^-)Vio12472/E.coli BL21(DE3)(tnaA-)的构建

将实施例7构建的Vio12472-vioBCDE-RBSm质粒转化E.coli BL21(DE3)(tnaA^-)的化学感受态细胞，得到本发明中的生产紫色杆菌素的大肠杆菌基因工程菌BCDEm(tnaA^-)，具体转化步骤同实施例8。

实施例11：发酵生产紫色杆菌素

(1)Vio12472/E.coli BL21(DE3)，Bm，Cm，Dm，Em，BEm，BCEm，BDEm，BCDEm在相同培养条件下的摇瓶发酵：野生型菌和突变体的培养均在250ml摇瓶中进行，添加50mlLB培养液(10g/L蛋白胨，5g/L酵母粉，5g/L氯化钠，pH 7.0)，发酵流程为：过夜培养的种子按2％接菌量接种，220rpm/min，37℃培养至OD600nm＝0.8，然后培养温度调至25℃，同时加入0.1mMIPTG诱导剂，继续连续发酵24h，对发酵产生的紫色杆菌素和脱氧紫色杆菌素进行测定。

(2)紫色杆菌素和脱氧紫色杆菌素的定量分析：为了准确定量菌株的发酵产量，根据HPLC中浓度与峰面积的相关性(图5)，分别制作了紫色杆菌素和脱氧紫色杆菌素的标准曲线(图6)。分别采用五个不同浓度(50、100、250、500、1000μM/L)的标准品进行HPLC分析。进样量是20μL。制样过程如下:1)首先,对200μL发酵菌液在12000rpm下离心1min，上清液丢弃；2)其次,紫色细胞沉积物利用200μL甲醇洗了三次,直到变成无色；3)甲醇洗涤液合并均匀,经12000rpm离心5min后，取20μL上层清液注入高效液相进行分析检测。注：每组样品三个平行，结果取平均数。

根据标准曲线对对各菌株发酵液中的紫色杆菌素进行定量分析，结果如图7所示，基因工程菌Bm、Cm、Dm、Em的紫色杆菌素产量相对于野生型菌株Vio12472/E.coli BL21(DE3)的提高有限，但基因工程菌BEm的紫色杆菌素产量达到1016.3μM/L，是野生型菌株的2.21倍，由此可知，紫色杆菌素生物合成相关基因中vioB基因的天然核糖体结合位点序列以及vioC基因的天然核糖体结合位点序列的联合突变具有协同作用，这可能与VioB和VioE是紫色杆菌素生物合成的限速酶相关。基因工程菌BEm、BCEm、BDEm、BCDEm的紫色杆菌素产量相对于野生型均值均极显著提高，其中，最高产菌株BCDEm在没有优化发酵条件之前，紫色杆菌素产量已经达到野生型出发菌株Vio12472/E.coli BL21(DE3)的2.41倍。本发明突破了紫色杆菌素合成的限速瓶颈，使得紫色杆菌素的产量大大提高。

实施例12：紫色杆菌素发酵条件优化

(1)本实施例采用单因素法，以BCDEm菌株为例，对关键发酵参数(培养温度，IPTG诱导剂浓度，诱导发酵时间)进行了优化。

首先对温度参数进行了优化，选取了16℃、20℃、25℃、30℃、37℃等五个温度条件，结果表明发酵温度为25℃-37℃时紫色杆菌素产量较高，其中30℃对于紫色杆菌素的生产最有利，结果如图8。然后对IPTG诱导剂浓度进行了优化，选取了0.01、0.02、0.04、0.06、0.08、0.10、0.20、0.40、0.60、0.80、1.00mM等不同浓度，结果表明诱导剂IPTG浓度0.01-0.04mM时紫色杆菌素产量较高，其中0.02mM条件下紫色杆菌素的总产量最高，结果如图9。最后对诱导发酵时间进行了优化，连续检测24h～192h时间段内紫色杆菌素和脱氧紫色杆菌素的产量变化，表明发酵时间为24-72小时紫色杆菌素产量较高，其中48h时产量最高，结果如图10。在在最优发酵条件下，即发酵温度为30℃，发酵时间为48h，培养基中添加诱导剂IPTG的浓度为0.02mM时，BCDEm菌株的紫色杆菌素总产量达到2382.6μM/L。

(2)在前面优化的最优发酵条件下，本发明针对Vio12472/E.coli BL21(DE3)(tnaA^-)和BCDEm(tnaA^-)两株菌，利用不同浓度的色氨酸前体(0、1、2、4、6、8、10mM)，比较了它们之间产生紫色杆菌素的差异。操作方法为：过夜培养的种子按2％接菌量接种，220rpm/min,37℃培养至OD600nm＝0.8，然后培养温度调至30℃，加入0.02mM IPTG诱导剂，同时分别添加终浓度为(0、1、2、4、6、8、10mM)的色氨酸前体物质，继续连续发酵48h。按实施例8中的定量方法，对各生产菌株中的紫色杆菌素和脱氧紫色杆菌素成分进行定量分析，表明在2mM色氨酸饲喂条件下，突变株BCDEm(tnaA^-)的紫色杆菌素产量最高，达到3269.7μM/L，同时野生型Vio12472/E.coli BL21(DE3)(tnaA^-)的紫色杆菌素也达到最高，为2284.0μM/L，如附图11。

实施例13：紫色杆菌素的分离纯化

(1)紫色杆菌素粗品的制备：

由于紫色杆菌素在水中的溶解度较差，这些产物在细胞排出后会紧紧地附着在产生菌的表面。因此，将发酵液收集，首先用12000rpm离心5min得到细胞沉淀(上清舍去)，用一倍体积甲醇洗涤几次，直到细胞沉淀无色为止；再将洗涤后的甲醇进行真空蒸馏富集，得到紫色杆菌素粗品。

(2)硅胶柱层析：

将0.2g紫色杆菌素粗品溶解于1ml甲醇，加入到2cm×20cm硅胶柱上，利用500ml乙酸乙酯/石油醚＝9/1进行洗脱，分步收集洗脱液，真空干燥后得到紫色杆菌素；

(3)高效液相色谱分离：

将硅胶柱层析后得到的产物进行高效液相色谱分离，条件为：色谱柱：YMC-PackODS-AQ(4.6×250mm，5μm)；流动相A：ddH₂O；流动相B：乙腈，含0.5％甲酸；检测波长：UV＝575nm；柱温：30℃；流速：1.0mL/min；洗脱程序0-15min，50％-100％B；15-16min，100％B；16-17min，100％-50％B；17-30min，50％B；收集保留时间为7min的洗脱峰，真空干燥后得到99.9％纯度的紫色杆菌素纯品；收集保留时间为10.5min的洗脱峰，真空干燥后得到99.9％纯度的脱氧紫色杆菌素纯品。

表1:本发明中用到的引物序列汇总