枯草芽孢杆菌核黄素操纵子rib operon的克隆与表达

目的:构建产核黄素的枯草芽孢杆菌基因工程菌.方法:以穿梭载体pEB03构建核黄素操纵子的表达质粒载体pGJB13和pGJB14,与质粒pMX45分别转化产核黄素的枯草芽孢杆菌GJ07,并通过发酵摇瓶实验检测核黄素的产量.结果:得到产核黄素的工程菌GJ13 、GJ14和GJ08,在以蔗糖为碳源的发酵条件下,GJ08可产核黄素820mg/L,提高了约55%.结论:得到了产核黄素的高产菌种G J08.     

透明颤菌血红蛋白基因在地衣芽孢杆菌ATCC9945a中的表达及作用

目的:研究透明颤菌血红蛋白基因(vgb)在产聚γ-谷氨酸(γ- PGA)的地衣芽孢杆菌ATCC9945a中的表达及对其生物量和产量的影响.方法:以大肠杆菌-枯草芽孢杆菌的穿梭表达载体pUBC19为骨架,构建含有枯草芽孢杆菌的组成型启动子P43和透明颤菌血红蛋白结构基因的穿梭表达载体pUBC19 - PV,并通过电击转化得到重组的产γ-PGA的地衣芽孢杆菌(B.licheniformis).一氧化碳差光谱验证重组B.licheniformis 中是否表达了有活性的血红蛋白.摇瓶发酵试验研究重组菌株和对照菌株生物量和发酵产物产量的变化.结果表明,重组菌株的生长明显比对照菌株快,但是γ - PGA的产量却比原始菌株低:在正常供氧时,其产量12.8g/L,比亲株产量21.7g/L下降了41%,贫氧环境下产量8.8g/L,比亲株产量12.8g/L降低了31%.结论:vgb 在重组菌株中表达了有活性的的透明颤菌血红蛋白,并可以促进细胞的生长,但聚谷氨酸的产量却有所下降.文章针对聚γ-谷氨酸产量的下降原因进行了讨论,并对下一步的工作提出了建议.     

透明颤菌血红蛋白基因在解淀粉芽孢杆菌中的表达及其影响

将强启动子P43与透明颤菌血红蛋白基因（vgb）通过重叠延伸PCR进行融合,克隆到芽孢杆菌整合表达载体pDG1730中,重组表达载体pDG-P43vgb转化促生防病解淀粉芽孢杆菌FZB42,Wsetern-Blot和CO差光谱分析表明重组菌株FZB42-VHb表达了有活性的VHb蛋白,VHb的表达对重组菌株菌体的生长及抗菌脂肽的产生都有促进作用.在相同培养条件下,重组菌最大菌体密度比原始菌株提高了14.49 %,抗菌脂肽fengycin的产量提高了1.74倍,抗菌脂肽surfactin的产量提高了3.14倍.     

透明颤菌血红蛋白基因在刺糖多孢菌中整合表达促进多杀菌素的生物合成

为解决刺糖多孢菌(Saccharopolyspora spinosa)高密度深层培养过程中的供氧不足问题, 促进多杀菌素的生物合成, 采用重叠PCR 技术将透明颤菌(Vitreoscillastercoraria)血红蛋白基因(vgb)可读框(ORF)置于红霉素抗性基因启动子(P_ermE)之下, 并将其克隆到整合型载体pSET152 上, 构建成vgb 表达载体pSET152EVHB; 通过接合转移方式将其导入刺糖多孢菌SP06081 中, 利用载体上ΦC31 整合性位点通过位点特异性重组将vgb 定点整合到SP06081 菌株染色体上, 获得一株遗传性能稳定的重组菌株S078-1101; 重组工程菌的PCR 与Southern blotting 检测显示vgb 已整合到染色体上, 一氧化碳结合差光谱分析表明在S078-1101 工程菌中表达了有活性的透明颤菌血红蛋白(VHb); 摇瓶发酵结果显示, 在正常溶氧与中度限氧状态下, vgb 的表达均可显著促进多杀菌素的生物合成(P<0.01). 这说明vgb 在刺糖多孢菌中的整合表达改善了菌体对溶氧的吸收性能, 是一种有效的定向遗传改良手段.     

透明颤菌血红蛋白在产聚γ-谷氨酸地衣芽胞杆菌WX-02中的表达

聚γ-谷氨酸(γ-PGA)是一种应用前景良好的生物高分子材料.通过构建含有α-淀粉酶(amyE)基因两端交换臂的整合载体pDG1730-vgb,将透明颤菌血红蛋白基因(vgb)整合到聚γ-谷氨酸生产菌株地衣芽胞杆菌(Bacillus licheniformis)WX-02染色体中,获得重组子M2.一氧化碳差光光谱结果验证M2中表达了有活性的血红蛋白,3 L发酵罐分批发酵结果显示M2的生物量比出发菌株WX-02提高了25.5%,γ-PGA产量提高了20%.     

在兽疫链球菌中表达vgb基因和HA合成基因提高透明质酸产量

透明质酸(HA)是一种在医药及化妆品领域具有广泛应用的天然粘多糖。兽疫链球菌(Streptococcuszooepidemicus)是工业上生产透明质酸的菌种之一。透明颤菌血红蛋白(VHb)具有增强细胞摄氧的作用。对生产透明质酸的兽疫链球菌进行了基因改造:将兽疫链球菌HA的合成基因hasABC以及合成透明颤菌血红蛋白的vgb基因(Vitreoscillahemoglobingene,vgb)分别或同时插入阳性菌表达质粒pEU308中,通过电转化导入兽疫链球菌中。通过一氧化碳(CO)差光谱检测到了VHb的表达。在摇瓶实验中,同时带有hasABC和vgb基因的重组菌比野生菌的透明质酸产量提高了30％。而在发酵罐中,带有这2个基因的重组菌的透明质酸产量达到了6．9g／L,高于重组菌5．5g／L的产量。实验结果表明,vgb基因的存在促进了细胞的生长,hasABC操纵子的过表达增强了透明质酸的合成。首次将VHb导入兽疫链球菌中,获得了表达,并证明其对菌体生长及透明质酸合成有促进作用。通过研究,VHb将可以在阳性菌中获得更广泛的应用。     

透明颤菌血红蛋白基因的研究与应用

总结了近 15年来透明颤菌血红蛋白的研究结果 ,包括它的分布、结构、功能、合成等分子生物学以及在基因工程中的应用。透明颤菌的血红蛋白是 2 0世纪 70年代被发现的 ,由于它具有结合氧的特性 ,可使透明颤菌这一专性好氧的革兰氏阴性菌在贫氧环境中生长。透明颤菌血红蛋白是同型二聚体形式的可溶性血红蛋白分子 ,每分子透明颤菌血红蛋白由两个分子量为 15 775的亚基和两个b型血红素组成。透明颤菌血红蛋白的功能是为透明颤菌强大的呼吸膜增加氧的流量。完整的有功能的血红蛋白由血红蛋白亚基和血红素组成 ,血红蛋白亚基由基因vgb编码 ,血红素由生化代谢合成。透明颤菌血红蛋白基因在野生透明颤菌中是以单拷贝的方式随染色体一起复制表达的。透明颤菌血红蛋白基因已经被克隆和测序。同时也讨论了将透明颤菌血红蛋白基因整合到异源宿主菌中增加重组蛋白产量和发酵产量方面的研究。最后 ,概述了当透明颤菌血红蛋白在植物中表达时 ,转基因植物表现出生长增加以及代谢物产量发生变化的情况。     

产木聚糖酶枯草芽孢杆菌构建及表达条件优化

枯草芽孢杆菌(Bacillus subtilis)具有很强的分泌能力,产酶能力强,属于食品级安全微生物.以枯草芽孢杆菌为宿主菌异源表达木聚糖酶,采用同源重组的方法将木聚糖酶基因连接到载体pWB980上,构建表达载体pWB980-xynZF-2,电击转化枯草芽孢杆菌WB600,获得重组工程菌WB600-pWB980-xynZF-2.对重组工程菌进行单因素发酵条件优化和正交试验.结果表明:重组枯草芽孢杆菌摇瓶发酵的最适接种量1％、种龄14 h、装液量50 mL、温度34℃,转速160 r/min、发酵时间192 h.在摇瓶发酵条件下,木聚糖酶产量可达到0.168 U/mL.     

通过透明颤菌血红蛋白基因表达提高γ-聚谷氨酸的生物合成

γ-聚谷氨酸(γ-PGA)的微生物合成是高消耗氧的生物过程,采取基因工程手段改造γ-PGA生产菌株Bacillus subtilis NX-2,以提高细胞利用氧的能力。利用重叠PCR方法将P43强启动子与透明颤菌血红蛋白(VHb)基因vgb拼接,插入大肠杆菌-枯草芽胞杆菌穿梭质粒p MA5上,得到重组质粒p MA5-P43-vgb,并将其转化至B.subtilis NX-2中,从而获得重组菌B.subtilis NX-2(vgb+)。经SDS-PAGE分析和CO差光谱法证明VHb能在γ-PGA生产菌株中成功表达,且具有生理活性,大小约为1.6×104。在7.5 L发酵罐上对重组菌B.subtilis NX-2(vgb+)进行发酵性能考察,结果显示:重组菌比出发菌的生物量提高了41.2%,γ-PGA的产量提高了7.5%,传代多次表明重组菌具有良好的发酵稳定性。该研究为γ-PGA的进一步工业化生产奠定了基础。     

利用PCR法扩增透明颤菌血红蛋白基因条件的优化

以透明颤菌染色体基因组DNA为模板,利用PCR技术获取透明颤菌(Vitreoscilla)血红蛋白基因(vgb)。在多聚合酶链式反应中采用碱变性模板与热启动等方法进行透明颤菌血红蛋白基因体外扩增,成功地扩增出约0.5 kb的透明颤菌血红蛋白基因,并对vgb的PCR条件进行了研究。获取理想的目的基因PCR反应的综合参数比十分重要。     

大肠杆菌、枯草杆菌穿梭表达载体的构建及改造

将大肠杆菌的复制子rep和多克隆位点克隆到枯草杆菌质粒pGDV1的骨架上,即得到大肠杆菌枯草杆菌牙梭庾粒载俸pGDVM。在pGDVM上进行载体表达元件的构建,先后将P59启动子、核糖体结合位点SD和终止子克隆到pGDVM上得到穿梭表达载体GJ01。以β-半乳糖苷酶基因（bga）作为报告基因检测载体的表达活性,在大肠杆菌和枯草杆菌中β-半乳糖苷酶（Bga）酶活性最高达到75.3和83．2个密勒单位,表明所构建的表达载体具有较强的表达能力。以核糖体结合位点（SD、SD3、SD4和SD5）代替表达载体GJ01-bga中的SD,对载体进行改造。所构建的GJD2-bga在大肠杆菌中的最大酶活性为253．8个密勒单位,G]D5-bga在枯草杆菌中的最大酶活性为135．4个密勒单位,表明所构建的载体具有较强的表达活性。由此可以得出不同的SD序列及其与起始密码子的距离不同程度地影响mRNA的翻译效率。     

枯草芽孢杆菌ccpA基因敲除及对其核黄素产量的影响

CcpA蛋白是介导枯草芽孢杆菌碳分解代谢物阻遏(CCR)的全局调控因子,由ccpA基因编码。CCR效应的存在影响B.subtilis对葡萄糖的利用,降低B.subtilis生产发酵产品的效率。采用基因重组技术敲除了核黄素发酵菌株B.subtilis24/pMX45的ccpA基因,构建了CcpA缺陷株B.subtilis24A1/pMX45。发酵结果显示:B.subtilis24A1/pMX45能够在70h内基本耗尽10%的葡萄糖,生物量达到1.5×109个细胞/mL,溢流代谢产物积累量减少,在8%和10%葡萄糖浓度下,B.subtilis24A1/pMX45核黄素产量分别比B.subtilis24/pMX45提高了62%和95%。CcpA的缺陷,可以缓解葡萄糖引起的CCR效应,显著提高菌株的核黄素产量。     

重组枯草芽胞杆菌不对称还原产d-伪麻黄碱

为了实现羰基还原酶基因mldh在枯草芽胞杆菌Bacillus subtilis中的表达并通过细胞内的葡萄糖脱氢酶完成辅酶的再生,以枯草芽胞杆菌rpsD基因的启动子PrpsD和终止子TrpsD为表达元件,将羰基还原酶基因mldh连接至构建好的质粒(pHY300plk-PrpsD-TrpsD上,得到质粒pHY300plk-PrpsD-mldh-TrpsD;进一步将重组质粒转化入B. subtilis Wb600中获得重组菌B. subtilis Wb600 (pHY300plk-PrpsD-mldh-Trps     

蜡样芽孢杆菌ATCC14579核黄素操纵子的克隆及在枯草芽孢杆菌中的表达

利用BLAST从B．cereus ATCC14579的基因组中找到一段与枯草芽孢杆茵核黄素操纵子具有较高相似性的4．6kb大小的基因组DNA片段,该片段中含有完整的核黄素操纵子。该操纵子结构基因的编码产物的氨基酸序列与枯草芽孢杆菌核黄素操纵子相应结构基因的编码产物的氨基酸序列具有99％的同源性。该片段被克隆到大肠杆茵一枯草芽孢杆茵穿梭载体pHP13M中。表达分析的结果表明B．cereus ATCC14579核黄素操纵子可在大肠杆茵和枯草芽孢杆菌中表达。利用PCR方法用来自枯草杆菌的sac B基因的启动子替换B．cereus ATCC14579核黄素操纵子原有的启动子使其更好表达。替换启动子后的核黄素操纵子在本文使用的发酵条件下有较好的表达,核黄素产量从39．5mg／L增加到61．7mg/L.     

Estimation of P-to-O ratio in Bacillus subtilis and its influence on maximum riboflavin yield.

Simultaneous growth and riboflavin overproduction were investigated using a previously developed stoichiometric model of Bacillus subtilis metabolism. A fit of model predictions to experimental data was used to obtain estimates of fundamental energetic parameters of B. subtilis. Although multiple solutions describe the experimental data, evidence for a P-to-O ratio of about 1(1/3) mole of ATP produced per atom of oxygen consumed in oxidative phosphorylation was provided by genomic analysis of electron transport components, because no homologue of the proton-translocating NADH dehydrogenase I was found in the B. subtilis genome database. These results allow us to devise a rational metabolic engineering strategy to improve riboflavin production. The potential influence of increased energy coupling in oxidative phosphorylation on riboflavin yield is discussed. Higher coupling is most significant under carbon-limiting conditions in slow-growing cells, that is, in fed-batch processes of industrial interest.     

Characterization of D-ribose biosynthesis in Bacillus subtilis JY200 deficient in transketolase gene

D-Ribose is a functional five-carbon sugar, which has been used for the commercial production of riboflavin. Mechanisms of d-ribose biosynthesis from xylose were investigated in the genetically engineered Bacillus subtilis JY200 with a deficiency in transketolase. A transketolase gene (tkt) disruption cassette in plasmid pUNKC was introduced into the chromosomal tkt gene in the wild type B. subtilis 168. Analysis of culture broth by thin layer chromatography confirmed that the disruption of tkt allowed B. subtilis JY200 to produce d-ribose. In a batch culture of B. subtilis JY200, a loss of cell viability was observed after glucose depletion. Fed-batch cultivation by feeding 400 gl(-1) glucose solution as a co-substrate was carried out to supply energy to xylose metabolism and to maintain cell viability throughout cultivation. Fed-batch cultivation of B. subtilis JY200 in a complex medium containing 11 gl(-1) xylose and 5 gl(-1) glucose initially gave the best result of 10.1 gl(-1)D-ribose concentration, 0.24 gg(-1)D-ribose yield and 0.29 gl(-1)h(-1) productivity, corresponding to 40-, 5- and 12-fold increases compared with those in the batch culture. A kinetic study of D-ribose production in fed-batch cultivations of B. subtilis JY200 suggested that xylose uptake might be critical to maximize D-ribose biosynthesis from xylose.     

利用基因工程菌VGl(pTUl4)产聚β-羟基丁酸酯的研究

本文对透明颤菌血红蛋白基因（ｖｇｂ）和λ噬菌体解基因（Ｓ＾－ＲＲｚ）在不同突破主大肠杆菌中的外源表达及其在聚β－羟基丁酸酯（ＰＨＢ）生产中的应用进行了研究。实验结果表明,同时携带ｖｇｂ、Ｓ＾－ＲＲｚ和ｐｈｂＣＡＢ三种基因的产ＰＨＢ基因工程菌ＶＧ１（ｐＴＵ１４）,经过８２ｈ的摇瓶补料分批培养。菌体浓度可以高达２５．９ｇ／Ｌ,ＰＨＢ百分含量则可在５２ｈ时达到９５％以上;此外,该菌株不仅可以实现摇瓶高密     

Metabolic engineering of Serratia marcescens with the bacterial hemoglobin gene: alterations in fermentation pathways

Serratia marcescens was transformed with plasmid vector pUC8 or pUC8 containing the bacterial (Vitreoscilla) hemoglobin gene (vgb) on either a 2.3-kb fragment (pUC8:15) or 1.4-kb fragment (pUC8:16) of Vitreoscilla DNA. The vgb-bearing strains were compared with the pUC8 transformant and untransformed S. marcescens with respect to growth in Luria-Bertani (LB) broth supplemented with glucose or casein acid hydrolysate. Growth (on a viable cell basis) was similar to that in unsupplemented LB. Total acid excretion (as estimated by medium pH) was similar for all strains in both LB plus 2% casein acid hydrolysate and LB without additions. Acid excretion in LB plus 2% glucose was somewhat greater at up to 10 h in culture for the two vgb-bearing strains; from 10 to 26 h in culture, the pHs of these cultures continued to decrease (to 4.1-4.2), whereas those of the non-vgb-bearing strains returned to near the starting pH (7.4-7.8). Concomitantly, after 26 h of culture in LB plus 2% glucose, the non-vgb-bearing strains had produced about 15 times as much acetoin and about three to four times as much 2,3-butanediol as the vgb-bearing strains. In general, for all strains, much more acetoin and 2,3-butanediol were produced in LB plus 2% glucose than in unsupplemented LB. The exception was acetoin production by the strain bearing vgb on plasmid pUC8:15; after 26 h of culture in LB without supplementation it was between three and four times that of the other strains, and about 50% higher than its level in LB plus 2% glucose. When grown with the 2% casein acid hydrolysate supplement, the strain bearing vgb on plasmid pUC8:15 produced much more acetoin and 2,3-butanediol than the other strains after 26 hours in culture. The results confirm that vgb can significantly alter carbon metabolism and suggest that the use of vgb technology for directed metabolic engineering may be a complicated process, depending in part on medium composition.