芽孢杆菌促普通生酮基古龙酸菌产酸机制研究进展

随着高通量测序技术、组学技术、生物信息学技术等多种技术的兴起与发展,关于维生素C混菌发酵中两菌作用关系的研究取得了一些成果。基于此,本文从芽孢、氨基酸、B族维生素、环境应力及小分子物质方面,对目前关于两菌间相互作用机制的研究进行综述,并为接下来的进一步研究提供新思路。     

基于组学技术的维生素C二步混菌发酵研究进展

二步发酵法是工业化生产维生素C (vitamin C, Vc)的主要方法,其中第二步由伴生菌与产酸菌(普通生酮基古龙酸菌)组合进行混菌发酵产生Vc前体2-酮基-l-古龙酸(2-keto-l-gluonic acid, 2-KLG)的机制,一直是科研人员研究的重要科学问题。通过高通量基因组学、转录组学、蛋白组学、代谢组学等组学技术揭示生物系统中各个组分相互作用关系已经成为主要的研究手段。本文对近年来利用组学技术解析Vc混菌发酵中两菌互作关系、解除发酵系统的氧化胁迫、伴生活性物质、产酸菌群体感应、外源添加物、基因工程改造产酸菌促进产2-KLG等方面的研究进行综述,并为进一步的探索和深入研究提供思路。     

混合菌发酵L-山梨糖生产Vc前体2-酮基-L-古龙酸研究进展

利用混合菌发酵L-山梨糖生产2-酮基-L-古龙酸(2-KCA),再经化学转化合成维生素C(Vc),是我国工业生产Vc的主要途径,具有简化工艺,减少污染,降低能耗等诸多优点.从菌系组合、菌种选育、代谢途径与酶学特性、工程菌构建、伴生作用机制及发酵工艺等方面出发,综述混合菌发酵L-山梨糖生产Vc前体2-KGA的研究现状和最新进展,并提出进一步研究和探索的方向.     

维生素C前体2-酮基-L-古龙酸二步混菌发酵研究新进展

维生素C（Vc）二步混菌发酵是我国首创具有自主知识产权的唯一应用于工业化生产Vc的微生物转化方法,该方法利用混合菌发酵L-山梨糖生产Vc前体物质-2-酮基-L-古龙酸,再经化学转化合成Vc;具有简化工艺,减少污染,降低能耗等优点。本文主要从产酸菌代谢关键酶、伴生菌胞外物质、组学以及外源添加物等方面综述Vc二步混菌发酵的最新研究进展,并提出进一步研究和探索的方向。     

维生素C第二步混菌发酵技术研究新进展

维生素C(简称维C)"两步发酵法"是我国科学家独创、目前唯一工业化应用的维C工业生产技术,其显著特征是第二步发酵为两种菌的混合发酵。综述了近年来我国在维C第二步发酵技术领域的最新研究进展。大量研究认为混菌发酵效率取决于产酸菌数量和催化酶(山梨糖脱氢酶)活性,而产酸菌的转化能力又依赖于伴生菌所释放的"伴生物质",并认为伴生菌的"伴生物质"应该有多种,除了大家所公认的蛋白类物质外,氨基酸、维生素、嘌呤类等小分子有机物也具有促进产酸菌生长和产酸的作用,都应归属于"伴生物质"。另外,列举了当前维C工业化生产中面临的技术难题,提出了解决思路和未来研究方向,以期对推动维C发酵技术进步和维C产业可持续发展提供参考。     

Vc二步发酵中伴生菌的作用机制*

应用细胞培养和膜分离技术研究了Vc两步发酵中伴生菌巨大芽孢杆菌 (Bacillusmegaterium)对氧化葡萄糖酸杆菌 (Gluconobacteroxydans)产酸作用机制。结果表明 :巨大芽孢杆菌培养液中分子量在 30～ 5 0kD及大于 1 0 0kD组分明显促进产酸 :其组分通过凝胶层析分离纯化 ,自动紫外检测仪检测 ( 280nm) ,聚丙烯酰胺凝胶电泳及考马斯亮兰G2 5 0特异染色 ,初步证实为蛋白质 ,且至少是两种以上蛋白质 ,它们在低温下稳定性较好。     

人工微生物混菌系统机制解析中的组学应用及进展

人工微生物混菌系统的生物工程应用价值日益受到重视,使得对于混菌系统中成员菌间的相互作用机制研究也成为近年来的一个热点.其研究结果一方面可以为现有人工混菌系统的进一步优化提供理论依据,另一方面也为全新混菌系统的人工构建提供新的思路和策略,进而促进人工微生物混菌系统未来规模化应用.基因组学、转录组学、蛋白质组学和代谢组学等...     

谷胱甘肽对VC一步发酵作用的研究

谷胱甘肽（GSH）能有效促进酮古龙酸杆菌的生长。就GSH对氧化葡萄糖酸杆菌和酮古龙酸杆菌一步混菌发酵的作用进行了探索,为进一步阐明维生素C一步发酵过程中氧化葡萄糖酸杆菌和酮古龙酸杆菌的关系并提供发酵工艺优化的依据。研究发现,在5L的发酵罐中,外加1mg/ml的GSH对混菌的发酵有着显著的促进作用,2-酮-L-古龙酸（2-KGA）产量提高了22.8%。通过16S rDNA荧光定量PCR法测菌数,发现GSH的添加使酮古龙酸杆菌的生长提高到148%,但抑制氧化葡萄糖酸杆菌的生长,使其生物量下降到61%。运用代谢组学方法分析发现,GSH能促进酮古龙酸杆菌的磷酸戊糖、三羧酸循环、硫酸盐等代谢,同时减缓氧化葡萄糖酸杆菌对L-山梨糖的消耗,以促进整个混菌体系的发酵效率。     

普通生酮基古龙酸菌中山梨糖脱氢酶和山梨酮脱氢酶的纯化及酶学性质分析

【目的】对源于普通生酮基古龙酸菌(Ketogulonicigenium vulgare WSH-001)的山梨糖脱氢酶(Sorbose dehydrogenase,SDH)和山梨酮脱氢酶(Sorbosone dehydrogenase,SNDH)的酶学性质进行分析。【方法】以K.vulgare WSH-001基因组DNA为模板,PCR扩增得到山梨糖脱氢酶基因(sdh)和山梨酮脱氢酶基因(sndh),构建重组表达质粒p ET28a-sdh、p ET28a-sndh,并分别转入大肠杆菌BL21(DE3)中。利用镍柱亲和层析和凝胶过滤层析得到纯化的SDH和SNDH。【结果】成功构建产SDH和SNDH的大肠杆菌BL21(DE3)并对目的酶进行纯化。SDS-PAGE分析结果表明,SDH和SNDH的大小分别为64 k Da和48 k Da,与理论预测值一致。显色法测得SDH酶活为3.15 U/mg,最适反应温度为30°C,最适反应pH为8.0左右;SNDH酶活为6.12 U/mg,最适反应温度为35°C,最适反应pH为8.0左右。在pH 3.0、4.0、5.0的偏酸性条件下,2个酶的酶活受到显著影响。【结论】表达并纯化了来源于普通生酮基古龙酸菌来源的SDH、SNDH,并进行了酶学性质分析,为利用SDH、SNDH实现维生素C前体2-酮基-L-古龙酸的一步法发酵生产提供了必要的参考。     

Vc二步发酵中伴生菌的作用机制

应用细胞培养和膜分离技术研究了Vc两步发酵中伴生菌巨大芽孢杆菌（Bacillus megaterium）对氧化葡萄糖酸杆菌（Gluconobacter oxydans）产酸作用机制。结果表明：巨大芽孢杆菌培养液中分子量在30－50kD及大于100kD组分明显促进产酸：其组分通过凝胶怪析分离纯化,自动紫检测仪检测（280nm）,聚丙烯酰胺凝胶电泳及考马斯亮兰G250特异染色,初步证实为蛋白质,且至少是两种以上蛋白质,它们在低温下稳定性较好。     

酮古龙酸菌醇醛脱氢酶基因的克隆及表达

目的：从酮古龙酸菌SCB329株中分离山梨糖生物氧化相关酶的基因并进行表达验证。方法：根据酮古龙酸菌SCB329株基因组序列设计引物,通过PCR从SCB329株基因组中扩增醇醛脱氢酶基因aadh;构建载体pBMP3-aadh并在大肠杆菌中表达,经活性染色、体外转化反应等方法考察表达产物的活性。结果：目的产物能够催化山梨糖、葡萄糖、果糖、木糖等多种含羟基及羰基化合物脱氢,并能将L-山梨糖直接转化为2-酮基-L-古龙酸。结论：从酮古龙酸菌SCB329株中分离到一种醇醛脱氢酶基因,可为该菌株糖酸转化机制的研究提供帮助。     

氧化葡萄糖酸杆菌中硫辛酸合成模块对维生素C一步混菌发酵的影响

在由氧化葡萄糖酸杆菌和普通生酮古龙酸杆菌构建的维生素C两菌一步发酵体系中,为了强化氧化葡萄糖酸杆菌对普通生酮古龙酸杆菌生长和产酸的促进作用,文中在氧化葡萄糖酸杆菌中构建硫辛酸合成功能模块。由含硫辛酸功能模块的氧化葡萄糖酸杆菌和普通生酮古龙酸杆菌组成的两菌一步体系,能减轻普通生酮古龙酸杆菌单菌培养时的生长抑制,强化两菌的互作关系,使维生素C前体(2-酮基-L-古龙酸,2-KGA)的产量提高到73.34 g/L(对照组为59.09 g/L),醇酸转化率提高到86.0%。研究结果为进一步优化维生素C两菌一步发酵体系提供了新思路。     

酮古龙酸菌与呼吸链偶联的2-KGA代谢途径研究进展

酮古龙酸菌可将底物L-山梨糖转化为维生素C的前体2-酮基-L-古龙酸(2-KGA)。该菌共存在5种反应参与2-KGA代谢,包括:1D-山梨醇氧化为L-山梨糖;2L-山梨糖氧化为L-山梨酮;3L-山梨酮(吡喃型)氧化为2-KGA;4L-山梨酮(呋喃型)氧化为维生素C。52-KGA还原为L-艾杜糖酸。其中L-山梨糖/L-山梨酮脱氢酶(SSDH)参与反应123,L-山梨糖脱氢酶(SDH)参与反应23,L-山梨酮脱氢酶(SNDH)参与反应34,醛脱氢酶(ALDH)参与反应3,2-KGA还原酶(2-KGR)参与反应5。SDH/SSDH/ALDH属于Ⅰ型醌酶,其辅酶为1分子PQQ;SNDH属Ⅱ型醌酶,与PQQ、heme C共同构成quinohemoproteins,2种醌酶均分布于周质空间中与呼吸链相偶联,意味着这种膜上直接氧化过程伴随ATP产生,使得菌体可以利用环境中的底物实现快速供能。     

脂质组学在毒理学研究中的应用

脂质作为细胞的主要组成部分,在细胞内物质运输、信号转导、细胞凋亡等多种生命活动中发挥重要作用。脂质组学通过对生物体内的脂质进行系统分析,从而了解其相互作用以及与其他生物分子之间的作用。主要介绍了脂质组学的研究方法,包括样品前处理方法、检测方法和仪器设备以及数据分析方法。同时,综述了脂质组学技术在神经毒性、肝脏毒性、免疫毒性以及内分泌干扰毒性中的研究进展,以期为研究化合物毒性作用机制提供思路和参考。最后,提出未来应利用脂质组学技术开展不同化合物的联合毒性作用研究,通过脂质组学筛选获得相关脂质生物标志物,为联合毒性作用的风险预警和相关毒性作用机制分析提供科学依据。     

脂质组学研究进展

综述了脂质组学的研究现状和发展趋势.脂质组学是对生物体、组织或细胞中的脂质以及与其相互作用的分子进行系统分析的一门新兴学科.脂质具有多种重要的生物功能,脂质代谢异常可引发诸多人类疾病,包括糖尿病、肥胖症、癌症以及神经退行性疾病等.目前,脂质组学研究已成为一个前景广阔的热门领域,并广泛地应用到包括药物研发、分子生理学、分子病理学、功能基因组学、营养学以及环境与健康等重要领域.     

Vc二步发酵新组合菌系B15-14的筛选及其条件优化

筛选出了一组Vc二步发酵的新组合菌系(命名为B15-14),研究了环境因子对新菌系产酸的影响.结果显示:新组合菌系的最适底糖浓度为7%;温度为29～33℃,31℃为最适;适当增加通气量(20～30 mL装液量,250 mL三角瓶)有利于产酸;起始pH值范围为6.0～7.5;以Bt菌做伴生菌时.发酵40 h就已达到终点.明显缩短了发酵时间.     

重组微生物生理学

重组微生物生理学主要研究外源基因与宿主的相互作用以及细胞生理状态对这种相互作用的影响。宿主与外源基因的相互作用可发生在复制、分配、表达、代谢等各种水平,主要的分子机制为核酸-核酸、核酸-蛋白质的相互作用,一些小分子化合物可作为信号或效应子参与大分子的相互作用。重组微生物生理学研究主要包括下列三方面工作:1.噬菌体、质粒与宿主的相互作用以及基因工程菌中目的基因的复制、分配和表达规律。2.微生物响答系统的响答及适应的分子机制及其对外源基因调控的影响。3.细胞生长速率对宿主基因和外源基因调控的影响。这些工作融合了分子水平和细胞水平的研究,模糊了分子生物学和生理学的界限,成为基因工程的理论基础之一。美国微生物学会自1987年起把重组微生物生理学列为年会的一个独立专题。 外源基因与宿主的相互作用 噬菌体和质粒等染色体外基因与宿主基因处于一种依赖、互补和竞争的复杂关系。     

维生素C发酵中伴生菌对氧化葡糖杆菌的影响

通过分析维生素C二步发酵过程中活菌数、产酸量、pH、糖酸转化活力等 ,研究了蜡状芽孢杆菌 (俗称大菌 )对氧化葡糖杆菌 (俗称小菌 )生长和产酸的影响。结果表明 ,在大菌存在情况下 ,小菌的活菌数约为单菌培养条件下的 5倍 ,产酸量为单菌培养条件下的 2～ 3倍 ,糖酸转化活力为单菌培养条件下的 2～ 3倍 ,提示在混合菌发酵条件下大菌仅仅是通过刺激小菌的生长而促进小菌产酸。用小菌休止细胞进行的糖酸转化实验结果也表明 ,无论大菌的发酵上清液还是破碎的菌体 ,都未发现对小菌产酸产生直接影响。     

一株芽孢杆菌在维生素C二步发酵中对小菌的促进作用

从土壤中分离到1株能更好促使小菌生长和产酸的芽孢杆菌B601,作为伴生菌与巨大芽孢杆菌相比,在生长过程中,发酵液中B601活菌数小于巨大芽孢杆菌,而其芽孢数则多于巨大芽孢杆菌。对B601组成菌系的发酵条件进行优化,得到如下结果：100g／L L-山梨糖、6g／L尿素、10g/L玉米浆、培养温度30℃和发酵周期44h。与巨大芽孢杆菌组成菌系相比其底物,L-山梨糖质量浓度提高了25％,尿素下降了50％．玉米浆质量浓度下降了33％,温度提高了2℃,发酵周期缩短了4h。结果表明：B601作为伴生菌,与巨大芽孢杆菌相比,该菌株明显提高了发酵效率。     

维生素C发酵研究进展

生物发酵法是生产维生素C的主要途径。目前具有工业应用前景的维生素C发酵途径主要有葡萄糖发酵工艺和山梨醇发酵工艺。我们分别从这2条产生维生素C重要前体2-酮基-L-古龙酸反应路线的代谢机制、反应酶系及工程菌构建等方面出发,综述了维生素C生物发酵的研究现状和最新进展,并对维生素C生物发酵应用前景做了展望。