L—亮氨酸高产菌的代谢控制育种

阐述了L－亮氨酸的结构、性质、用途和生产方法及L－亮氨酸高产菌的育种实例;讨论了L－亮氨酸的生物合成途径、代谢调节机制及其应具有的生化特性;重点阐述了采用代谢控制手段如何选育L－亮氨酸高产菌的育种战略,推理出L－亮氨酸高产菌可能具有的遗传标记。     

鸟嘌呤核苷高产茵的育种策略

选育优良的鸟嘌呤核苷(鸟苷)产生菌是实现发酵法生产鸟苷的前提,在鸟苷发酵的建立和改进中起着非常重要的作用。本分析了鸟苷的生物合成途径及代谢调节机制,根据代谢控制发酵“进、通、节、堵、出”五字原理,提出鸟苷高产菌的育种策略：鸟苷高产菌株在遗传学上应具备Ade^-,red^-、NP^-、8-AG^r(或8-AX^r)、MSO^r,SG^r,AAR^r,Sm^r等遗传标记,并详述了其育种实例。     

支链氨基酸合成调控机制及菌种选育策略研究进展

提高国内支链氨基酸产生菌的高产菌株选育水平有助于缩短与国外生产之间的差距,满足国内市场需求。根据支链氨基酸生物合成途径及代谢调节,重点阐述了合成过程中关键酶的代谢调控,介绍了诱变育种、代谢工程、基因组改组及全局转录机器工程四种育种策略的研究进展。在支链氨基酸选育方面,全局转录机器工程育种目前虽无成功实例,但具有很大的潜力,而其他育种策略在氨基酸的选育中均发挥重要作用,可供国内相关育种工作者参考使用。     

一株人消化道中韦荣氏球菌的分离、鉴定及其代谢特性研究

【目的】分离与鉴定人肠道乳酸利用菌,研究其乳酸利用的代谢特性。【方法】利用Hungate滚管技术从人粪便中分离厌氧细菌,通过形态、生化和16S r RNA基因鉴定;通过体外发酵技术研究乳酸代谢,并且与乳酸产生菌共培养,研究二者之间交互饲喂。【结果】验证了乳酸可作为代谢中间产物被人肠道混合菌群利用;分离到一株乳酸利用菌,在24 h内消耗乳酸超过50 mmol/L,经鉴定为韦荣氏球菌,并将其形成乙酸和丙酸。当和肠球菌共培养时,可以有效地减缓乳酸的积累。【结论】本株乳酸利用菌可以作为潜在的益生菌,和乳酸菌一起调节人肠道的乳酸动态平衡。     

L-缬氨酸合成的代谢流量分析

分别测定谷氨酸棒杆菌（Corynebacterium glutamicum）AS1-495及其3个逐个叠加不同遗传标记的突变株AA361、AAT231和AATV341在特定培养时段（26～28h）L缬氨酸等代谢物的胞外浓度,由此计算这一时段这些代谢物在发酵液中积累（或消耗）的速率,分别做出这4株菌在拟稳态下的代谢流量分布图,进而研究育种过程中不同遗传标记的叠加对代谢网络中L-缬氨酸合成流量分布的影响。结果表明遗传标记的引入使流量分配发生了重大变化,节点处的流量分配朝着有利于L缬氨酸合成的方向改变。6-磷酸葡萄糖节点处流入EMP途径和HMP途径的流量分配由17.0∶83.0变为24.3∶75.7;丙酮酸节点处流入L-缬氨酸合成途径和其他途径的流量分配由15.8∶842变为76.7∶23.3/L-缬氨酸合成的分支途径上的流量由最初的5.37增大为37.3,乳酸合成途径的流量从11.1最后降为1.16,L-缬氨酸产量由4g/L提高到24.5 g/L。代谢流量分布的变化趋势与L缬氨酸产量的变化趋势是互相吻合的。以2-噻唑丙氨酸抗性突变（2TAr）和L天冬氨酸氧肟酸盐超敏性突变（LAAHss）有效地进行代谢流遗传导向的事实,在代谢流量分析的层面上,证明结构类似物抗性突变和结构类似物超敏性突变是代谢流导向和设计育种的十分有效的手段,代谢流量分析会成为设计育种的校正方法。     

微生物发酵产光学纯度D-乳酸研究进展

D-乳酸作为一种重要的手性中间体和聚乳酸合成的原料,其生产已越来越受到人们的重视。然而,低光学纯度D-乳酸在很多领域的应用都受到限制。微生物发酵法能够生产高光学纯度的D-乳酸。除了乳酸生产的传统菌株-乳酸细菌,研究者们还通过基因工程的手段不断探索其它种属菌株利用更廉价的可再生资源高产光学纯度D-乳酸的可行性。介绍了D-乳酸的物化性质及其在工业生产、化学加工和聚乳酸合成中的应用,并详细综述了国内外发酵法生产光学纯度D-乳酸的最新研究进展,着重介绍了采用基因工程育种策略提高菌株的D-乳酸产量、转化率、生产强度以及光学纯度,降低副产物的合成,扩大底物利用范围的研究成果。所涉及的菌株包括:乳酸细菌、大肠杆菌、谷氨酸棒杆菌以及酵母等。这些研究表明,应用基因工程手段改造生产菌株的代谢途径是选育D-乳酸发酵生产菌株的发展趋势。最后还对D-乳酸发酵生产的前景进行了展望。     

解淀粉芽孢杆菌高效合成胞苷的代谢调控机制及育种策略

胞苷是合成抗病毒、抗肿瘤药物的良好中间体,也是核苷酸类保健食品和功能性食品的重要原料。主要论述了解淀粉芽孢杆菌高效合成胞苷的代谢调控机制和构建胞苷高产菌株的育种策略。重点阐述了通过提高解淀粉芽孢杆菌嘧啶操纵子转录水平,增强胞苷合成代谢途径、阻断胞苷降解途径、增大磷酸戊糖途径向胞苷合成途径的分流量、提高胞苷合成前端代谢物PRPP的合成量、增强中心碳代谢流向胞苷合成途径、减少旁路代谢途径及促进胞苷的分泌等方法,选育出胞苷高产菌株,不仅为胞苷高产菌株的选育提供参考,也为解决目前胞苷工业化生产中存在的问题提供思路。     

乳酸乳球菌KLDS4.0325的糖代谢过程及乳酸生物合成途径的比较

【目的】为了探究乳酸乳球菌乳酸亚种KLDS4.0325的碳水化合物利用能力和乳酸形成潜力。【方法】本文对该菌株进行了全基因组鸟枪法测序,并应用生物信息学方法对该菌株细胞外糖的转运、代谢及产酸途径涉及的一系列基因与其它9株参考菌株进行了比较分析。【结果】与参考菌株相比,该菌株基因组中具有较多涉及整个途径糖代谢途径的关键酶编码基因。【结论】该菌株在基因水平上表现出能够利用多种糖类物质来产乳酸的优良性状,是一株具有高产L-乳酸工业潜能的乳酸菌。     

L-缬氨酸发酵生产的育种思路及发酵条件优化策略

L-缬氨酸在医药及饲料领域中有着广泛的用途,根据L缬氨酸的生物合成途径及其代谢调节机制,利用代谢调控理论,重点阐述了L缬氨酸生产菌的育种思路及培养条件的优化,为缬氨酸发酵生产提供理论指导。     

合成乙醇重组乳杆菌的研究

将含有Zymomonas mobilis乙醇合成途径的关键酶基因的片段Ptac-pdc和Ptac-adhB,分别/同时接入pHY300PLK以及pBBR1MCS-5载体中,得到了pHY-PA、pBBR-PA等重组质粒,分别转化入几株乳杆菌。在42℃下进行乙醇发酵试验,结果表明:在Lactobacillus plantanum CICIM B0080中同时引入基因pdc、adhB有效地将碳代谢流导向了产乙醇方向,重组菌B0080(pHY-PA)发酵6.7%葡萄糖60h分别产生0.4%(V/V)乙醇,为原始菌B0080的67倍;而将pdc、adhB基因同时引入L.amylovorus B0112和L.acidophilus B0068,能检测到相当于原始菌2倍的乙醇产出。在重组菌发酵过程中,仍有大量的乳酸产出,在引入产乙醇基因的同时敲除乳酸脱氢酶基因,将有可能使乳杆菌的代谢流向更有效地转向产乙醇途径。     

嘧啶核苷的研究进展

嘧啶核苷包括尿嘧啶核苷和胞嘧啶核苷,其在食品工业和医药行业上应用广泛。介绍了嘧啶核苷的用途、测定方法、生产方法等;根据代谢控制发酵原理,以尿苷生产菌的选育为例,详细介绍了嘧啶核苷生产菌的育种策略,并对嘧啶核苷生产菌的育种实例、育种展望进行了综述。     

一株能够利用血红素进行有氧呼吸的乳酸乳球菌

[目的]乳酸乳球菌在呼吸状态下,生长速度快,生物产量大,是改善发酵剂生产效率的潜在途径之一,本研究旨在观察由传统乳制品中分离得到的乳酸乳球菌在血红素存在状态下有氧呼吸情况以及代谢的变化.[方法]对本实验室保藏的12株乳酸乳球菌进行有氧培养实验,比较其生物量和代谢产物的差异.观测在4℃下储藏30 d后的活菌数差异.[结果]筛选出一株在血红素存在条件下进行有氧呼吸的菌株KLDS 4.0316,与没有添加血红素的原菌株相比生物量增长了50%,在4℃储藏30 d后,添加血红素并振荡的活菌数依然维持在100 CFU/mL,而未添加血红素未振荡检测不到活菌.在血红素存在下,KLDS 4.0316代谢产物发生了变化,与没有添加血红素的原菌株相比乳酸产量减少了48%.[结论]KLDS 4.0316在血红素存在条件下能够进行有氧呼吸,乳酸产生减少,生物量增加.     

代谢工程改造微生物高产氨基酸的策略

氨基酸作为一类营养物质在维持机体正常的生理生化反应方面具有重要的功能,常用作食品、药品和化妆品等的添加剂。氨基酸的生产主要依靠微生物发酵,产氨基酸菌的选育却是制约大规模工业生产氨基酸的重要因素。随着微生物分子育种技术的发展和运用,利用代谢工程改造细胞本身固有的代谢网络,指导氨基酸高产菌的选育已成为当前研究的热点。以谷氨酸棒杆菌(Corynebacterium glutamicum)为例,就该菌株代谢网络的特征以及高产氨基酸的代谢工程策略和应用进行综述。     

产类细菌素乳酸乳球菌V528的紫外线诱变育种研究

目的获取高产抑制鸡白痢沙门菌生长的类细菌素乳酸乳球菌的突变菌株。方法在紫外线照射致死率为82.7%的剂量下,对处于对数生长后期的乳酸乳球菌V528进行紫外线二次复合诱变处理。分别随机对第一次和第二次复合处理后生长的117株和310株菌进行效价测定分析。结果在实验所用的照射剂量下,抑菌效价提高的正突变菌株占有一定优势,负突变菌株较少,其中突变菌株Lact.174的抑菌效价较V528的效价提高了8.48倍,并具有一定的遗传稳定性。结论运用紫外诱变育种技术可有效地获得高产类细菌素的突变菌株。     

溶氧振荡对聚β羟基丁酸混合培养过程的调控作用

研究生物可降解塑料PHB(Poly β-hydroxy butyrate)生产的低成本和高产率发酵。采用廉价碳源——废食品糕点作为原料,其中同时具有葡萄糖和乳酸。培养是在同一5L发酵罐中先后接入2种细菌,先由乳酸杆菌Lactobacillus delbrueckii消耗葡萄糖产生乳酸,再由真养产碱菌Ralstonia eutrophus消耗乳酸产生PHB。本文应用混沌控制理论设计溶氧振荡来协调混生菌矛盾的生理需求,同时改变振荡节律激励细胞的代谢能。考虑真养产碱菌在乳酸里的代谢,有异养和真养两种途径,其中两种重要代谢通量,生物氧化能ATP和还原能NADPH,能够反映混生菌细胞的生理状态,二者都与供氧密切有关。实验通过取样进行细胞破碎后,由荧光分析仪监测不同发酵阶段的ATP和NADPH,发现2种代谢能随着溶氧控制的不同节律变化而起伏,溶氧节律振荡能够使混合培养的PHB的浓度比常规供氧方法提高1倍。     

L—色氨酸的生产及其代谢控制育种

本综述了利用微生物生产Ｌ－色氨酸的各种方法和Ｌ－色氨酸的生物合成途径及其代谢调控机制,并介绍了利用重组ＤＮＡ技术选育Ｌ－色氨酸高产菌的研究现状。     

虫草素产量不同的蛹虫草菌株代谢组差异

为探究虫草素高产和低产的两株蛹虫草菌代谢差异及其与虫草素代谢的关联性,本研究采用UPLC-QTOF-MS广泛靶向代谢组学技术和多元统计分析方法,结合相同蛹虫草菌不同发酵时间的菌丝体差异代谢物相对含量的变化情况,比较了两株蛹虫草菌相同发酵时间的菌丝体代谢差异。结果表明：蛹虫草CICC 14014菌株发酵第20和10天的菌粉（H20和H10）及其发酵液的虫草素含量都显著高于蛹虫草CGMCC 3.4655菌株（其菌粉为L20和L10）（P<0.01）。主成分模型显示H10、L10、H20和L20间分散明显;通过正交偏最小二乘法分析,以t检验P<0.05并且VIP>1为标准,从H10 vs L10和H20 vs L20分别识别出190和158种差异代谢物,其中具有生物活性的亚精胺为首次在蛹虫草菌中被检出;以P<0.01为标准,从H10 vs L10、H20 vs L20中筛选出2条显著富集的通路,分别为烟酸-烟酰胺和精氨酸-脯氨酸代谢通路。对H10 vs L10和H20 vs L20进行代谢调控网络分析,获得7条显著互作的通路,相同的互作通路为碱基切除修复。代谢网络分析结果表明抑制三羧酸循环、核黄素代谢、赖氨酸降解、鞘脂类代谢通路以及促进碱基切除修复、β-丙氨酸代谢、精氨酸-脯氨酸代谢、脂质代谢、嘌呤代谢通路有利于虫草素的生成;虫草素高产蛹虫草菌甘油三酯代谢和合成腺苷的能力高于虫草素低产蛹虫草菌;在嘌呤代谢途径中,腺嘌呤通过黄嘌呤代谢反馈促进虫草素的生物合成。本研究为蛹虫草菌生物活性成分的挖掘提供理论基础,为深入解析蛹虫草菌虫草素的代谢机制提供参考。     

代谢工程改造酿酒酵母生产L-乳酸的研究进展

L-乳酸是一种重要的有机化合物,具有广泛的应用价值。微生物发酵法生产是当前L-乳酸的主要来源,但受限于精确的发酵条件、菌体产物耐受能力低及底物要求高等因素,导致L-乳酸供给不足且价格偏高。鉴于酿酒酵母利用廉价底物生产有价值物质方面的诸多优势,并随着分子生物学技术的发展,利用代谢工程改造酿酒酵母本身固有的代谢网络,使其高产L-乳酸已成为当前研究的热点。从L-乳酸的异源生产、关键途径改造及菌体生长能力恢复三个方面归纳了关于代谢工程改造酿酒酵母生产L-乳酸的研究进展。最后,指出了酿酒酵母异源生产L-乳酸存在的不足和今后研究的方向。     

酿酒酵母产D-乳酸重组菌的构建与发酵

采用基因工程方法对酿酒酵母进行代谢改造,使酵母产生乳酸代谢途径。将来源于L.mesenteroides和E.coli的D-乳酸脱氢酶基因,分别插入带有G418抗性的酵母穿梭质粒p YX212-kan MX上,电转化酵母,得到2株生产D-乳酸的酿酒酵母重组菌S.cerevisiae WE1510和S.cerevisiae WB1186。进一步摇瓶发酵试验表明:重组菌S.cerevisiae WB1186在YEPD培养基、20 g/L糖、p H 5的条件下生长条件最好,并具有更好的产乳酸能力。经3 L发酵罐条件下验证,S.cerevisiae WB1186分批发酵96 h,最终乳酸积累量达到18.0 g/L;发酵条件为培养基YEPD,接种量10%,溶解氧(DO)30%,转速150 r/min,初始葡萄糖质量浓度10 g/L,控制pH 5.0,通气量3 L/min,OD600最大值转为厌氧发酵。     

柠檬酸发酵菌黑曲霉的菌种改良述评

柠檬酸是微生物发酵法生产的重要有机酸,用途极为广泛。柠檬酸发酵菌黑曲霉的育种在柠檬酸工业中占有重要地位。该文论述了柠檬酸发酵菌黑曲霉的发酵机制、代谢调控及柠檬酸积累的机理,柠檬酸发酵菌黑曲霉的物理和化学手段诱变育种取得的成果,细胞工程和基因工程在柠檬酸发酵菌黑曲霉育种中的应用,分析了柠檬酸发酵菌黑曲霉育种的发展方向。