arcA基因提高大肠杆菌对有机溶剂的耐受性

【目的】将来源于恶臭假单胞菌(Pseudomonas putida JUCT1)的基因arc A(编码精氨酸脱亚胺酶)整合到Escherichia coli JM109(DE3)基因组中,以提高该菌对有机溶剂的耐受性。【方法】以P.putida JUCT1的基因组为模板扩增基因arc A,并与p ET-20b(+)连接后导入E.coli JM109(DE3)中,验证该基因提高E.coli JM109(DE3)对有机溶剂的耐受性。利用Red同源重组的方法将arc A整合到E.coli JM109(DE3)基因组中。【结果】E.coli JM109(DE3)/p ET-20b(+)-arc A在添加了2.0%(体积比)环己烷、0.1%(体积比)甲苯、4.0%(体积比)萘烷和0.1%(体积比)丁醇的培养基中培养8 h后,其OD660由初始的0.2分别上升到0.8、0.9、1.8和1.3。将arc A成功整合到E.coli JM109(DE3)基因组中,获得了具有较好遗传稳定性的溶剂耐受E.coli JM109(DE3)宿主菌株。【结论】外源基因arc A能提高大肠杆菌菌株的有机溶剂耐受性,为工业化应用中耐溶剂微生物菌株的构建提供了实验依据和理论基础。     

基于膜压力应答途径的大肠杆菌丁醇耐受性

【目的】筛选丁醇压力下Escherichia coli中参与溶剂压力应答的细胞信号传导途径,并从应答途径出发,提高E.coli丁醇耐受性。【方法】在丁醇压力下,利用RT-PCR分析大肠杆菌内膜压力应答途径中反应调节因子(response regulator,RR)的表达水平,通过Red同源重组以及一步克隆的方法分别构建外膜脂蛋白Nlp E和分子伴侣蛋白Spy的敲除菌株E.coli JM109(Δnlp E)和E.coli JM109(Δspy)及重组菌株E.coli JM109/p QE80L-nlp E和E.coli JM109/p QE80L-spy,并测定其溶剂耐受性和细胞膜疏水性。【结果】0.8%(V/V)丁醇处理10 h后,Cpx和Bae双组分压力应答途径中的cpx R和bae R基因的表达水平分别提高了8.3和3.3倍;分别在含0.6%(V/V)四氢呋喃、0.1%(V/V)甲苯和0.6%(V/V)环己烷的培养基中培养10 h后,重组菌株E.coli JM109/p QE80L-spy和E.coli JM109/p QE80L-nlp E的OD600相比对照组(OD600增长0.02-0.04)分别增长了0.13-0.17和0.05-0.13,重组菌的溶剂耐受性得到了显著提高。【结论】Cpx和Bae系统参与大肠杆菌丁醇压力应答,分子伴侣蛋白Spy的过表达能够有效提高大肠杆菌对有机溶剂的耐受性,本研究为阐明微生物有机溶剂耐受性机制提供了理论依据。     

构建伴有β-葡萄糖苷酶表达的乙醇发酵大肠杆菌

研究构建能够分泌表达纤维素酶的产乙醇菌株,实现降解木质纤维素生产乙醇的整合生物加工过程。文中通过克隆来自运动发酵单胞菌Zymomonas mobilis ZM4的丙酮酸脱羧酶基因pdc和乙醇脱氢酶基因adhB,并通过Red重组将二者整合到大肠杆菌Escherichia coli JM109基因组中,首先构建了一株可以利用葡萄糖进行乙醇发酵的重组菌E. coli P81。随后将来源于多粘芽胞杆菌Bacillus polymyxa1.794的β-葡萄糖苷酶基因bglB在E. coli P81中进行了分泌表达,得到了一株可以进行纤维二糖降解和乙醇发酵双重功能的重组菌E. coli P81(pUC19-bglB)。该菌胞外分泌β-糖苷酶活达到84.78 mU/mL菌液,纤维二糖酶活达到了32.32 mU/mL菌液。该重组菌E. coli P81(pUC19-bglB) 以纤维二糖为碳源进行乙醇发酵,乙醇得率达到了理论产率55.8％,而在葡萄糖和纤维二糖的共发酵中,其乙醇产量达到了理论产率46.5％。构建得到的此株整合生物加工大肠杆菌能够利用β-葡萄糖苷酶生产乙醇,为构建能利用木质纤维素分解产物生产燃料乙醇的高效、稳定生产用工程菌奠定了良好的基础。     

过氧化氢酶基因在大肠杆菌中的克隆表达及发酵优化

利用PCR扩增技术得到枯草芽孢杆菌(Bacillus subtilis)过氧化氢酶基因katA,将该基因与表达载体pET-20b(+)连接构建重组质粒,经测序验证后,在大肠杆菌JM109中进行表达得到重组大肠杆菌基因工程菌E.coli BL21(DE3)(pET-20b(+)-katA).SDS-PAGE电泳结果显示出...     

生物转化法制备L-天冬酰胺

探索生物转化法制备L-天冬酰胺的技术与工艺。通过分子生物学方法,克隆来源于大肠杆菌(Escherichia coli, E.coli)JM109的天冬酰胺合成酶A基因asnA,并于E. coli BL21(DE3)中表达,利用构建的E.coli基因工程菌E.coli BL21(DE3)/pET28a(+)-asnA全细胞高密度催化L-天冬氨酸生产L-天冬酰胺,以PITC柱前衍生-高效液相检测底物和产物。表达的蛋白质分子质量约为37kDa,与预期大小相符,比酶活力为1786.6U/g。L-天冬氨酸转化率为95.8%,L-天冬酰胺产量可达126.5g/L,生产速率为15.81g/(L·h)。结果表明,已成功构建高效表达天冬酰胺合成酶A基因工程菌株,并用于催化L-天冬氨酸转化生产L-天冬酰胺,解决了L-天冬酰胺生物转化生产工艺中ATP成本过高的难题,为L-天冬酰胺制备提供新的绿色途径。     

阿特拉津降解菌SYSA的分离筛选和鉴定

从长期施用阿特拉津的土壤中筛选到1株能够以阿特拉津为惟一碳源生长的菌株SYSA,经生理生化特性鉴定和16S rDNA序列分析,该菌为阴沟肠杆菌(Enterobacter cloacae).对SYSA菌的生物学特性研究表明,pH 7-8,30℃时,在以阿特拉津(20 mg/L)为惟一碳源的培养基上经146 h培养,降解率为87%.     

重组大肠杆菌多基因串联表达合成反式-4-羟基-L-脯氨酸

[目的]得到表达多个基因的重组大肠杆菌,以期实现葡萄糖为碳源生产反式-4-羟基-L-脯氨酸。[方法]以菌液为模板,PCR得到不同来源的proB、proA、proC、p4h基因,重叠PCR串联相邻基因,所得片段通过无缝组装与p ET-28a载体连接,并在大肠杆菌BL21中表达,筛选阳性表达菌株,电泳及测序验证,重组菌在30 ml MCG培养基摇瓶中发酵,分光光度法和HPLC检测产量。[结果]0.5 mmol/L IPTG诱导24 h,5组串联基因成功在大肠杆菌中表达,并以葡萄糖为碳源,获得产物反式-4-羟基-L-脯氨酸,培养基不添加L-脯氨酸时E.coli BL21/p ET-28a-BAHHbs、E.coli BL21/p ET-28a-HBACkp和E.coli BL21/p ET-28a-HBAmg产量达到0.28 g/L、0.16 g/L和0.29 g/L,添加4 mmol/L的L-脯氨酸时,分别为0.64 g/L、0.55 g/L和0.74 g/L。[结论]proB、proA、proC及p4h基因成功在大肠杆菌中表达,5株重组菌在30℃摇瓶中诱导表达24 h得到产物反式-4-羟基-L-脯氨酸,其中E.coli BL21/p ET-28a-HBAmg产量达到0.74 g/L,为今后在发酵罐中生产奠定基础。     

林麝肠道乳酸菌及肠杆菌多态性分析及耐药性研究

为研究林麝肠道中乳酸菌和肠杆菌基因型及表型多样性并对其耐药性进行分析,本研究从10头健康成年林麝粪便样品中分离到22株乳酸菌和16株肠杆菌,通过16S rDNA进化分析和生理生化测定对分离菌株进行了鉴定,采用脉冲场凝胶电泳(PFGE)技术分析了分离菌株的基因型并利用药敏纸片法进行了分离菌株的耐药性研究。本研究共分离到了11种细菌,分别为大肠杆菌Escherichia coli、阴沟肠杆菌Enterobacter cloaca、河生肠杆菌E.amnigenus、肺炎克雷伯氏菌Klebsiella pneumoniae、蒙氏肠球菌Enterococcus mundtii、耐久肠球菌E.durans、明串球菌Leuconostoc fallax、植物乳杆菌Lactobacillus plantarum、嗜酸乳杆菌L.acidipiscis、屎肠球菌E.faecium和食窦魏斯氏菌Weissella cibaria。其中大肠杆菌(n=11,28.9%)是林麝肠道中的优势菌群,肠球菌(n=10,26.3%)是林麝肠道中的优势乳酸菌群。PFGE分型结果表明肠杆菌分为7个基因型,乳酸菌分为9个基因型。本研究首次分析了林麝肠道中可培养细菌的基因型及表型并且对其耐药性进行了测定,结果表明林麝肠道中的原生菌群多态性明显,并且对目前常用的抗生素敏感,未检测到耐药菌株。     

EDTA纸片法和三维试验检测阴沟肠杆菌AmpC酶的比较

目的比较EDTA纸片法及头孢西丁三维试验检测阴沟肠杆菌AmpC酶的符合程度。方法收集近几年阴沟肠杆菌株97株临床菌株,应用EDTA纸片法和三维试验分别检测97株阴沟肠杆菌的AmpC酶,并进行比较。结果 97株受检菌中,75株EDTA纸片法和三维试验均阴性,20株两种方法均阳性,2株菌EDTA纸片法阴性,而三维试验阳性。两种检测方法阳性符合率为90.9%,阴性符合率为100%,总符合率为97.9%。结论 ED-TA纸片法检测阴沟肠杆菌与三维试验的符合率高,且操作简便,较适合于临床实验室应用。     

好氧发酵生产琥珀酸工程菌株的构建

通过分析大肠杆菌的碳源代谢途径, 利用基因敲除手段, 以Escherichia coli MG1655为出发菌株, 成功构建了琥珀酸好氧发酵生产工程菌E. coli QZ1111 (MG1655?ptsG?poxB?pta?iclR?sdhA)。检测结果表明该菌株能以葡萄糖为碳源, 在好氧发酵且不表达任何异源基因的条件下大量积累琥珀酸。摇瓶试验证明, 琥珀酸发酵产量达到26.4 g/L, 乙酸盐作为唯一检测到的副产物产量为2.3 g/L。二者浓度比达到11.5:1。     

酒类酒球菌苹果酸-乳酸酶基因的克隆

利用PCR方法从酒类酒球菌(Oenococcus oeni)基因组中扩增出651 bp的DNA片段,将之克隆到pUC19-T载体上并转化大肠杆菌(E.coli)JM109菌株.重组质粒的测序结果表明,克隆到了苹果酸-乳酸酶基因(mle),它含有527 bp的阅读框架,其核苷酸序列与文献报道相同.     

大肠杆菌ptsG基因敲除及其缺陷株生长特性研究

在大肠杆菌磷酸转移酶系统中,葡萄糖主要由ptsG基因编码的酶ⅡCB^Glc转运入细胞。利用代谢工程技术构建ptsG基因缺陷株,有望降低葡萄糖的摄取速率,减少乙酸累积,促进菌体生长。运用PCR技术,扩增出两翼与ptsG基因上下游序列同源,中间为氯霉素抗性基因的DNA片段。经电转化,将外源DNA片段分别转入Escherichia coli DH5a、JM109中。在Red重组酶的作用下,外源DNA片段与染色体上同源区域重组,将基因ptsG敲除,构建ptsG基因缺陷株：DH5αP,JM109P。在LB培养基中,ptsG基因缺陷株的生长状况与亲株无明显差异。在含有葡萄糖的LB培养基中,DH5αP、JM109P的最高菌密度分别是对照菌株DH5α,JM109的3．47倍和4．25倍,ptsG基因缺陷株对葡萄糖的摄入量也明显高于对照菌株。重组蛋白肿瘤坏死因子(TNF)在DH5αP、JM109P中的表达量分别占全菌蛋白的24．3％、20．8％,A600分别为8．28、7．62,TNF在缺陷株中单位体积的表达量明显高于对照菌株。以上结果说明,大肠杆菌ptsG基因缺陷株具有良好的生长能力和表达外源蛋白的能力,在大肠杆菌高密度发酵研究方面具有良好的应用前景。     

大肠杆菌甘油激酶基因(glpK)和甘油脱氢酶基因(gldA)的敲除及其对甘油产量的影响

利用Red重组系统构建了大肠杆菌JM109甘油激酶基因(glpK)和甘油脱氢酶基因(gldA)缺失的双突变菌株JM109B,然后将表达酿酒酵母3-磷酸甘油脱氢酶基因(GPD1)和3-磷酸甘油酯酶基因(HOR2)的质粒pSE-gpd1-hor2转化到JM109B突变菌株中,在含1%葡萄糖的摇瓶发酵培养基中37℃发酵24 h,甘油的最高产量为5.61 g/L,是原始菌株JM109/pSE-gpd1-hor2甘油产量的1.59倍;在30 L发酵罐中发酵28 h,甘油的最高产量为103.12 g/L,是原始菌株JM109/pSE-gpd1-hor2甘油产量的1.59倍,是原始菌株BL21/pSE-gpd1-hor2甘油产量的1.41倍,葡萄糖转化率为50.39%。     

外源表达γ-内酰胺酶菌株的构建及发酵条件优化

我们构建了重组γ-内酰胺菌株E. coli BL21/pCDFDuet-γ-lactam,研究了发酵产γ-内酰胺酶的条件并进行了优化。研究结果表明,将pCDFDuet-1表达载体转化到含有γ-内酰胺酶基因的感受态E. coli中,得到重组γ-内酰胺菌株E. coli BL21/pCDFDuet-γ-lactam,通过IPTG诱导表达和HPLC检测发现,重组酶可以水解(+)γ-内酰胺,其e.e.值比E. coli BL21/γ-lactam表达提高了约30%。重组菌中(+)γ-内酰胺酶蛋白表观分子量为50 kD。对重组菌株发酵条件进行了初步研究,结果进一步表明,当选择碳源葡萄糖5 g/L、温度30℃、接种量4%、装液量100 mL/500 mL,转速180 r/min条件下,(+)γ-内酰胺酶含量最高,e.e.值约98%。本研究为探索出一条适合规模化生产的酶催化反应工艺提供参考,该工艺的意义不仅可以节约经济,而且对环境友好,可以替代化学工艺。     

毕赤酵母GS115中N-乙酰转移酶在大肠杆菌中的克隆表达与性质研究

为了研究P.pastoris Mpr1的生理特性,在E.coli JM109胞内中成功表达来源于P.pastoris GS115的Mpr1酶,并利用响应面分析法对诱导温度、IPTG诱导浓度、起始诱导OD进行发酵优化,酶活达到(610.3±9.5)m U/m L。酶学性质显示,Mpr1酶的最适反应p H范围为7.0-7.5,最适反应温度是30℃。通过分析重组表达Mpr1菌株和对照菌株的培养过程,显示重组菌株的生长能力显著增强,原因是Mpr1降低了细胞内的ROS水平。     

利用五碳糖产高纯度L-乳酸的大肠杆菌基因工程菌的构建

[目的]本研究以已敲除多个产杂酸酶基因的大肠杆菌(Escherichia coli)乙醇工程菌SZ470(△frdBC △ldhA △ackA △focA-pflB △pdhR::pflBp6-pflBrbs-aceEF-lpd)为起始菌株,进一步敲除其乙醇脱氢酶(alcohol dehydrogenase,ADH)基因,同时插入带有自身启动子的乳酸片球菌(Pediococcus acidilactici)的L-乳酸脱氢酶(L-lactate dehydrogenase,LLDH)基因,构建可利用五碳糖同型发酵L-乳酸重组大肠杆菌.[方法]利用λ噬菌体Red重组系统构建乙醇脱氢酶基因(adhE)缺失菌株Escherichia coli JH01,并克隆P.acidilactici的ldhL基因,利用染色体插入技术将其整合到JH01基因组,构建产L-乳酸大肠杆菌基因工程菌Escherichia coli JH12,利用无氧发酵15 L发酵罐测定重组菌株L-乳酸产量.[结果]工程菌JH12在15 L发酵罐中以6％的葡萄糖为碳源进行发酵,发酵到36 h的过程中葡萄糖的消耗速率为1.46 g/(L·h),乳酸生产强度为1.14 g/(L·h),乳酸的产量达到41.13 g/L.发酵产物中未检测到琥珀酸、甲酸的生成,仅有少量乙酸生成,L-乳酸纯度达95.69％(L-乳酸在总发酵产物的比率).工程菌JH12以6％的木糖为碳源进行发酵,发酵到36 h的过程中葡萄糖的消耗速率为0.88 g/(L·h),乳酸生产强度为0.60 g/(L·h),乳酸的产量达到34.73 g/L.发酵产物中杂酸少,乳酸的纯度高达98％.[结论]本研究通过基因敲除、染色体插入及无氧进化筛选获得一株产L-乳酸的大肠杆菌工程菌JH12,该菌株不需利用外源质粒,稳定性好,可利用五碳糖进行发酵,发酵产物中杂酸少,L-乳酸的纯度高.本研究为L-乳酸大肠杆菌工程菌的构建提供一定的技术支持,同时也为大肠杆菌L-乳酸的工业化生产提供了参考依据.     

大肠杆菌利用木糖发酵产琥珀酸的研究

目的:研究大肠杆菌以木糖为碳源发酵产琥珀酸。方法:首先比较了实验室保藏的7种野生型大肠杆菌利用木糖发酵产琥珀酸的产量和得率,结果:表明野生型菌株琥珀酸对木糖的得率集中在0.34g/g~0.53g/g之间,得率较低,副产物主要为乳酸、乙酸。然后选取其中2株菌(E.coli MG1655与E.coli C-1)进行基因敲除,构建了ldhA和pflB双基因缺失的MLB和CLB菌株,以减少副产物的积累。两阶段摇瓶发酵结果表明,琥珀酸得率从0.40g/g分别提高到了0.89g/g及0.90g/g,而产量分别从4.92g/L、5.58g/L提高到11.52g/L、11.81g/L。结论:通过基因敲除后,大肠杆菌能够利用木糖发酵产琥珀酸,琥珀酸得率可以达到0.90g/g。     

大肠杆菌ubiA基因的克隆及序列测定

以E.coli JM83染色体DNA为模板PCR扩增ubiA的结构基因,将PCR产物克隆于pUCm-T Vector,对PCR产物进行测序鉴定。与已发表的大肠杆菌ubiA基因序列比较,同源性达99％。     

甘露醇磷酸化酶基因的敲除对D-甘露醇合成的影响

为了探究甘露醇分解利用途径对甘露醇合成的影响,在重组菌株R_1(K-12/pTrc99a-mdh)的基础上,通过CRISPR/Cas9敲除E.coli PTS系统中的cmtA、cmtB、mtlA基因,阻断了E. coli K-12中甘露醇的分解途径,获得了重组菌株R_3(K-12/?cmtA?cmtBmdh~+)和R_5(K-12/?cmtA?cmtB?mtlAmdh~+)。与出发菌株R_1相比,R_3的生长速率没有降低,而R_5的生长速率明显下降。并且R_5在以甘露醇为唯一碳源的培养基上已无法生长,说明cmtA、cmtB、mtlA三个基因全部敲除后,菌株已无法再利用甘露醇作为碳源进行生长。最后,构建的重组菌株R_5,测得MDH酶活力为258 U/mL,用高效液相色谱对胞外产物进行检测,可检测到少量的甘露醇,为进一步探究大肠杆菌合成甘露醇的调控机制奠定基础。