限制修饰系统cglI赋予钝齿棒杆菌抗噬菌体功能活性

为解决氨基酸发酵工业中的噬菌体污染问题, 对cglI基因复合体在钝齿棒杆菌中的功能活性表达进行研究。通过PCR从谷氨酸棒杆菌基因组扩增cglI基因复合体, 构建重组质粒pJL23-cglI, 转化钝齿棒杆菌T6-13后得到重组菌株。定性和定量检测重组菌株的噬菌体抗性。实验结果表明, 携带cglI基因复合体的重组钝齿棒杆菌显示了明显的抗噬菌体功能活性和较广的抗噬菌体谱, 进而证实了cglI基因复合体用于构建钝齿棒杆菌抗噬菌体菌株的可行性, 为解决氨基酸发酵生产中的噬菌体污染问题提供了一种有效方法。     

限制修饰系统cglI赋予钝齿棒杆菌抗噬菌体功能活性

为解决氨基酸发酵工业中的噬菌体污染问题, 对cglI基因复合体在钝齿棒杆菌中的功能活性表达进行研究。通过PCR从谷氨酸棒杆菌基因组扩增cglI基因复合体, 构建重组质粒pJL23-cglI, 转化钝齿棒杆菌T6-13后得到重组菌株。定性和定量检测重组菌株的噬菌体抗性。实验结果表明, 携带cglI基因复合体的重组钝齿棒杆菌显示了明显的抗噬菌体功能活性和较广的抗噬菌体谱, 进而证实了cglI基因复合体用于构建钝齿棒杆菌抗噬菌体菌株的可行性, 为解决氨基酸发酵生产中的噬菌体污染问题提供了一种有效方法。     

棒杆菌宿主中质粒不稳定性的研究

重组质粒pNAR4是由钝齿棒杆菌质粒pNAT65和大肠杆菌质粒pACYCl84构建的穿梭质粒。质粒pNAR4转化不同棒杆菌,在钝齿棒杆菌T6—13和答氨酸棒杆菌l0l47中为结构型不稳定,在钝齿棒杆菌B9中为分离型不稳定。而pNAT65转化谷氨酸棒杆菌10147后,转化于中的质粒分子大小及主要酶切位点与pxz10145相同。DNA杂交实验结果表明．在10147菌中有一种与z10145高度同源的超螺旋DNA组分,而这一组分与pxz10145的来源宿主中的另一小质粒具有相同的分子量。提出了质粒结构不稳定与宿主中存在的pxz10145高度同源的小质粒(超螺旋组分)有关,并提出产生质粒分子结构反复变化原因的假设。     

钝齿棒杆菌溶氧诱导型启动子的筛选及其功能验证

[目的]筛选钝齿棒杆菌(Corynebacterium crenatum)SYPA5-5内源溶氧诱导型启动子,验证其在不同溶氧条件下受溶氧调控的功能.[方法]以本课题组前期利用双向电泳结合质谱鉴定技术分离鉴定出的高低供氧条件下钝齿棒杆菌SYPA5-5胞内的显著差异蛋白(27个)为基础,结合棒杆菌基因组信息分析高低溶氧状态下显著差异蛋白中单位拷贝的表达量,以其中单位拷贝表达量高的蛋白为目的蛋白,克隆目的蛋白编码基因的上游启动子,分别替换棒杆菌-大肠杆菌穿梭表达质粒pDXW-8的外源tac启动子,在大肠杆菌和钝齿棒杆菌中表达报告基因gfp和cat,并检测其表达效率.[结果]筛选出高溶氧上调蛋白转酮醇酶和延胡索酸水化酶作为目的蛋白,克隆其启动子区命名为P-tkt和P-fum.在重组大肠杆菌和重组钝齿棒杆菌中,P-tkt在高溶氧条件下CAT活性是低溶氧条件下CAT活性的2.8和3.2倍.该结果在5L发酵罐中得到验证.[结论]启动子P-tkt为首次筛选到的钝齿棒杆菌内源性高溶氧诱导型启动子,适用于高溶氧条件发酵生产氨基酸的菌株中,有利于在高供氧条件下提高棒杆菌中氨基酸的合成代谢能力.     

钝齿棒杆菌GlnK在氮代谢调控及L-精氨酸合成中的功能

【目的】钝齿棒杆菌是重要的氨基酸生产菌株,本研究针对氮代谢PⅡ信号转导蛋白GlnK展开相关功能研究,分析其在钝齿棒杆菌氮代谢调控及L-精氨酸合成中的作用。【方法】以GlnK蛋白为研究对象,通过基因敲除等遗传方法获得过表达、敲除及敲弱glnK的重组钝齿棒杆菌,研究GlnK对NH_4~+吸收的影响,通过RT-qPCR和酶活测定,从转录水平和蛋白水平上揭示GlnK对氮代谢和L-精氨酸合成相关基因表达水平及酶活的影响,通过5-L发酵罐发酵产L-精氨酸研究GlnK对L-精氨酸合成的影响。【结果】过表达glnK能明显促进NH_4~+的吸收,而敲除glnK后则会抑制NH_4~+的摄取;RT-qPCR和酶活测定发现,相比于野生型菌株Cc5-5,glnK过表达菌株Cc-glnK中与铵吸收相关的基因,表达量平均上调约4.58倍,L-精氨酸合成基因簇中基因的表达水平平均上调1.50倍。Cc-glnK中氮代谢相关蛋白的酶活平均提高46.97%;L-精氨酸合成途径上7个关键酶的酶活平均提高30.00%;5-L发酵罐发酵各重组菌株结果表明,Cc-glnK菌株的产量可达49.53 g/L,产率为0.516 g/(L·h),相比于出发菌株Cc5-5,其L-精氨酸产量提高了28.65%。【结论】过表达GlnK能促进NH_4~+的吸收及利用,并通过影响L-精氨酸合成途径上关键基因的表达水平,提高关键酶的酶活,最终提高L-精氨酸的产量。本研究为后续探索钝齿棒杆菌氮代谢调控机制及代谢工程改造钝齿棒杆菌生产L-精氨酸提供了一种新的策略。     

以葡萄糖为底物一步法合成γ-氨基丁酸整合型重组钝齿棒杆菌的构建

[目的]为了构建一株直接利用廉价的葡萄糖合成γ-氨基丁酸的重组钝齿棒杆菌,将来自于植物乳杆菌γ-氨基丁酸合成途径的关键酶谷氨酸脱羧酶基因(lpgad)在产谷氨酸菌株钝齿棒杆菌中进行整合表达,实现葡萄糖到GABA的一步法生产.[方法]运用PCR技术扩增得到带有tac启动子的谷氨酸脱羧酶基因tacgad.通过重叠PCR的方法获得钝齿棒杆菌精氨酸合成途径关键酶N-乙酰谷氨酸激酶(NAGK)基因内部缺失型基因△argB.利用自杀载体pK18mobsacB构建同源整合载体pK18-△argB::tacgad,以△argB的上下游序列为同源臂,通过两次同源重组将tacgad基因整合到钝齿棒杆菌基因组,同时将NAGK基因argB灭活,利用蔗糖致死基因sacB反向筛选标记筛选得到谷氨酸脱羧酶的重组钝齿棒杆菌C.crenatum △argB::tacgad.重组钝齿棒杆菌以葡萄糖为底物进行发酵,测定GABA含量.[结果]重组菌C.crenatum △argB::tacgad成功表达谷氨酸脱羧酶,同时阻断了精氨酸合成途径对谷氨酸到GABA代谢途径的竞争,粗酶液基本检测不到NAGK活性,发酵液无精氨酸合成.通过96 h发酵,重组菌可积累约8.28 g/L的GABA.[结论]本研究通过将谷氨酸脱羧酶基因定向整合到钝齿棒杆菌精氨酸合成途径的关键酶基因argB内部,成功表达谷氨酸脱羧酶的同时阻断竞争途径精氨酸的合成.本研究为实现直接利用葡萄糖合成GABA的一步法生产奠定了基础.     

谷氨酸棒杆菌质粒pXZ10145自发缺失突变体的特性及其重组质粒的构建

用谷氨酸棒杆菌质粒pxz10145转化钝齿棒杆菌T 6—13原生质体,得到自发缺失突变体pNAT65,该质粒为2．4kb,仍带有氯霉素抗性,经物理图谱分析表明,质粒pxz10145smaⅠ到claⅠ位点之间的片段已缺失,仍保留EcoRⅠ、XbaⅠ、BclⅠ三个酶的单切点。质粒pNAT65与pBR322用EcoRⅠ酶切连接得到重组质粒pNAR67,这一质粒在E．Coli中复制并表现Ap, Tc抗性,但氯霉素抗性能力大大降低,只能抗2μg／ml。     

棒杆菌启动子片段的酶谱分析及定位

用大肠杆菌启动子探测质粒pSDS I (Ap^r,Tc^s)从钝齿棒杆菌(Corynebacterium crenatum)6282染色体的HindⅢ酶切片段中,克隆到两个具有启动功能的DNA片段,分别将两个重组质粒命名为pSDB5和pSDB21。含有这两个质粒的菌株均可以在含300μg/ml Tc的平板上生长。通过酶切分析,pSDB5的插入片段为1.6kb,pSDB21的插入片段为3.4kb,并分别作出了它们的限制性酶切图谱。对pSDB21利用其EcoR Ⅰ和BglⅡ位点,通过亚克隆删除了与启动功能无关片段,构建成pSDB210和pSDB211,从而使启动子定位于约0.1kb的BglⅡ/HindⅢ外源片段上。分子杂交实验证明所得到的这两个具有启动功能的DNA片段确实来源于钝齿棒杆菌6282的染色体DNA。     

产腈水合酶重组大肠杆菌的质粒稳定性研究

成功构建了腈水合酶(nitrile hydratase,NHase)高表达的重组大肠杆菌E.coliBL21(DE3)/pETNH^M(Kan^r),研究了重组质粒pETNH^M在重组菌株中的质粒稳定性。结果表明,pETNH^M具有较好的结构稳定性,连续传代60代后质粒的基因序列没有明显缺失,且能够正常表达腈水合酶。pETNH^M具有分离不稳定性,在无抗生素选择压力下,连续传代48代后质粒丢失的无质粒细胞开始出现。琼脂糖凝胶电泳定量分析表明,2/3的质粒pETNH^M以二聚体形式存在,导致质粒拷贝数的下降。进一步研究表明,重组细胞的连续高速分裂及腈水合酶的高表达也会造成质粒拷贝数的下降,从而降低其分离稳定性。反之,重组菌株相对于宿主菌株的较高比生长速率有利于保持含质粒细胞的生长优势,卡那霉素的选择压力则能够保证质粒的稳定遗传。     

钝齿棒杆菌N-乙酰鸟氨酸转氨酶的克隆表达分析及其重组菌的精氨酸发酵

N-乙酰鸟氨酸转氨酶 (EC 2.6.1.11,ACOAT) 是钝齿棒杆菌Corynebacterium crenatum精氨酸合成途径中的第4个酶,催化底物N-乙酰谷氨酸半醛生成产物N-乙酰鸟氨酸。为研究N-乙酰鸟氨酸转氨酶在钝齿棒杆菌中精氨酸合成中的作用,考察其酶学性质,对培养基成分和发酵过程工艺条件的优化提高精氨酸产量提供依据。从精氨酸高产菌株钝齿棒杆菌SYPA 5-5染色体扩增获得ACOAT编码基因argD,全长1 176 bp,编码390个氨基酸,在Escherichia coli BL21(D     

CglI基因在大肠杆菌中的功能活性分析

通过PCR技术从谷氨酸棒杆菌基因组中扩增CglI基因,克隆到载体pMD18-T Simple后测序。将CglI基因亚克隆到表达载体pJL23,构建重组质粒pJL23-CglI,转化大肠杆菌HB101菌株,通过PCR反应筛选鉴定阳性克隆。通过噬菌体感染实验,初步分析了CglI基因在大肠杆菌中的功能活性。     

钝齿棒杆菌argR基因克隆、表达及其重组菌发酵产精氨酸研究

钝齿棒杆菌(Corynebacterium crenatum)AS.M7是筛选获得的一株高产精氨酸生产菌株。ArgR是精氨酸合成过程中的一种调控蛋白。为进一步验证其在钝齿棒杆菌中对精氨酸合成量的影响,利用特异性引物,分别扩增标准菌C. creantum AS 1.542和诱变菌C. creantum AS.M7的argR全长基因,测序后比较二者的差异;结果表明标准菌argR基因ORF全长516 bp,编码一个含172个氨基酸残基的蛋白;而诱变菌argR基因的109位碱基由C替换为T,导致ArgR蛋白在钝齿诱变菌中表达被提前终止。同时,将来源于标准菌的argR基因连接到穿梭表达载体pXMJ19中,电击转化至诱变菌C. crenatum AS.M7 得到重组菌株,用摇瓶发酵的方法观测重组菌产精氨酸量的变化。SDS-PAGE和Western blot分析证明标准菌的argR基因在诱变菌中得到了表达。对重组诱变菌产精氨酸量进行了测定,结果显示:产精氨酸能力由原来7.8 mg/ml下降至2.5 mg/ml,下降了约67.9%。     

抗反馈抑制的天冬氨酸激酶基因在钝齿棒杆菌中的表达

将来自钝齿棒杆菌（Corynebacterium crenatum）CD945具有AEC抗性的天冬氨酸激酶(AKfbr)基因克隆到穿梭载体pJC1上,构建重组质粒pLY153。用电击法将质粒pLY153转化到野生型菌株C. crenatum AS1.542及其突变株C. crenatum CD945中。携带AKfbr基因的C. crenatum AS1.542菌株能抗浓度皆为12mg/mL的AEC和苏氨酸。AKfbr基因在C. crenatum CD945中得到表达,天冬氨酸激酶活性提高4倍。摇瓶发酵实验结果表明,重组菌在对数前期和中期生长正常,不受抑制;与对照菌相比,赖氨酸终产量提高22％,赖氨酸生产率提高23％。     

Development of a fed-batch fermentation process to overproduce phosphoenolpyruvate carboxykinase using an expression vector with promoter and plasmid copy number controllable by heat

To effectively achieve tight regulation and high-level expression of cloned genes, a novel expression plasmid has been developed to contain the promoter and allow the plasmid copy number to be controlled by heat. The feasibility of the plasmid was tested by overproducing the pck gene product (Pck), a protein responsible for cell growth on gluconeogenic carbons and with potential toxicity. By fusing the pck gene with the promoter on the plasmid, the Escherichia coli strain harboring the composite vector was shown to produce various amounts of Pck in response to different degrees of heat shock. With the use of a 30 degrees -->41 degrees C stepwise upshift, the shake-flask culture of recombinant cells enabled production of maximal Pck in soluble form accounting for 20% of total cell protein. In sharp contrast, Pck production was undetectable in the uninduced cell, and this was further confirmed by the failed growth of strain JCL1305, defective in the essential genes for gluconeogenesis, carrying the composite vector on succinate at 30 degrees C. By exploiting the fed-batch fermentation approach, the recombinant cell batch initially kept at 30 degrees C in a lab-scale fermentor was exposed to 41 degrees C for 2 h at the batch fermentation stage, followed by a reduction in temperature to 37 degrees C throughout the remainder of the culturing process. Consequently, this resulted in Pck production equivalent to 15% of total cell protein. The total Pck yield thus calculated was amplified 1880-fold over that obtained at the shake-flask scale. Overall, there is great promise for this expression system due to its tight control, high production, simple thermomodulation, and feasible scale-up of recombinant proteins.     

Investigation of subpopulation heterogeneity and plasmid stability in recombinant escherichia coli via a simple segregated model

Many microbial and cell cultures exhibit phenomena that can best be described using a segregated modeling approach. Heterogeneties are more marked in recombinant cell cultures because subpopulations, which often exhibit different growth and productivity characteristics, are more easily identified by selective markers. A simple segregated mathematical model that simulates the growth of recombinant Escherichia coli cells is developed. Subpopulations of different growth rate, plasmid replication rate, and plasmid segregation probability are explicitly considered. Results indicate that a third mechanism of plasmid instability, referred to here as a "downward selective pressure," is significant when describing plasmid loss in batch and chemostat cultures. Also, the model agrees well with experimental data from cultures under antibiotic selective pressure. Finally, model simulations of chemostat cultures reveal the importance of initial conditions on culture stability and the possible presence of nonrandom partitioning functions. (c) 1993 John Wiley & Sons, Inc.     

钝齿棒杆菌精氨酸琥珀酸酶编码基因argH的克隆表达及其重组菌发酵产精氨酸研究

钝齿棒杆菌（Corynebacterium crenatum）SYPA是本实验室筛选获得的一株高产精氨酸生产菌株。精氨酸琥珀酸酶（AL）是精氨酸合成过程中的最后一个酶,催化底物精氨酸琥珀酸生成产物精氨酸。为进一步提高精氨酸产量,本文以钝齿棒杆菌基因组为模板,扩增得到其编码基因argH,全长为1434 bp,编码476个氨基酸,理论蛋白分子量大小为50.8 kDa,其与C. glutamicum ATCC 13032比对其同源性为99.4%,相差10 bp,3个氨基酸。将其在E.coli BL21(DE3)及C. crenatum SYPA中成功表达。利用载体pET-28a上的6×His?Tag选用Ni柱亲和层析纯化AL,纯化后获得的重组蛋白的比酶活达156.9mU/mg蛋白,总回收率为72.3%,对该酶的部分酶学性质进行了初步研究,并发现产物精氨酸对其具有反馈抑制作用。成功构建钝齿棒杆菌重组穿梭表达质粒pJC1-tac-argH并将其通过电击转化法转入C.crenatum SYPA中,加强其代谢途径中AL蛋白表达量,并对其发酵产精氨酸做了初步分析。结果表明与出发菌株相比,转化子在精氨酸琥珀酸酶酶活增强了66.8%的基础上精氨酸产量达40.9 g/L,比出发菌株产量的35.8 g/L提高了约14.2%。