全细胞高通量筛选α-氨基酸酯水解酶突变体的方法

【目的】建立高效敏感的高通量筛选方法,用于筛选头孢克洛合成活性提高或热稳定性提高的α-氨基酸酯水解酶。【方法】根据头孢克洛在碱性条件下水解生成的衍生物在340 nm处有特征吸收峰的原理,制作出标准曲线。采用全细胞96孔板紫外分光光度法高通量测定α-氨基酸酯水解酶突变体的头孢克洛合成活性。【结果】头孢克洛含量与△A340?405在(0.1?0.6)×10?3 mol/L浓度范围内有良好的线性关系,服从朗伯-比尔定律,平均回收率为99.8%?101.3%。一轮定点饱和突变产生的2 300个克隆经该方法的筛选,获得3株kcat提高40%以上,4株半失活温度较野生型提高5°C以上的突变体酶。【结论】该方法准确可靠,每天筛选量可达到2 000个反应,达到高通量筛选的要求。     

全细胞高通量筛选a-氨基酸酯水解酶突变体的方法

【目的】建立高效敏感的高通量筛选方法,用于筛选头孢克洛合成活性提高或热稳定性提高的a-氨基酸酯水解酶。【方法】根据头孢克洛在碱性条件下水解生成的衍生物在340 nm处有特征吸收峰的原理,制作出标准曲线。采用全细胞96孔板紫外分光光度法高通量测定a-氨基酸酯水解酶突变体的头孢克洛合成活性。【结果】头孢克洛含量与△A340?405在0.1?0.6×10?3 mol/L浓度范围内有良好的线性关系, 服从朗伯-比尔定律, 平均回收率为99.8%?101.3％。一轮定点饱和突变产生的2 300个克隆经该方法的筛选, 获得3株kcat提高40%以上, 4株半失活温度较野生型提高5 °C以上的突变体酶。【结论】该方法准确可靠,每天筛选量可达到2 000个反应, 达到高通量筛选要求。     

克雷伯氏肺炎杆菌HR526快速合成1,3-丙二醇发酵特性研究

研究了实验室筛选的一株高产1,3-丙二醇(PDO)菌株克雷伯氏肺炎杆菌HR526(Klebsiella pneumoniae HR526), 在5 L B. Braun发酵罐进行甘油补料流加发酵30 h, PDO达到91.47 g/L, 胞外代谢通量分析显示, PDO在对数中期通量达到最大, 而乳酸在稳定期通量达到最大。结合酶学检测分析了PDO合成关键酶PDO氧化还原酶(PDOR)、甘油脱水酶(GDHt)和甘油脱氢酶(GDH)酶活的变化, PDO氧化还原酶活性在对数中期达到最高, 甘油脱水酶/甘油脱氢酶在对数期远大于稳定期、衰退期, 与代谢通量变化一致甘油脱水酶/甘油脱氢酶活性比例不均衡是3-HPA对数期积累的原因, PDO合成主要集中在对数期, 是生长偶联的代谢产物。     

一株新型同型产乙酸菌Clostridium sp.的自养和异养生长特性

【背景】同型产乙酸菌是一类利用乙酰辅酶A途径固定CO_2合成自身细胞物质并生成乙酸、乙醇等代谢产物的厌氧菌群,其分布广泛、种类繁多且代谢多样。深入研究同型产乙酸菌菌株的代谢能力及特性,对探索该种群的生理生化特性及其环境作用至关重要。【目的】研究一株同型产乙酸菌Clostridium sp. BXX的最适培养条件及其自养与异养生长特性。【方法】设置BXX菌株培养温度10-55°C、初始pH 6.0-9.0、NaCl浓度0-2.0%、不同氮源,测定菌体细胞含量和产物生成浓度,确定菌株最适培养条件。研究BXX菌株分别以H_2/CO_2、合成气、CO、葡萄糖、1,2-丙二醇、甲酸钠、乙二醇甲醚、甘油、丙酮酸和乳酸为底物时的底物消耗、产物生成、菌体细胞含量和pH等,探究其自养和异养生长特性。【结果】BXX菌株的最适培养温度为30°C,初始pH为7.0,NaCl浓度为1.0%,氮源为酵母粉。BXX菌株能以H2/CO2、合成气、葡萄糖、1,2-丙二醇、甲酸钠、乙二醇甲醚和甘油为底物生长,不能以CO、丙酮酸或乳酸为底物生长。【结论】BXX菌株既能自养生长产乙酸,又能异养生长产乙醇。BXX菌株是乙酸发酵的优良菌种资源,有较好的工业应用潜力。     

植物对大气CO2浓度升高的光合适应机理

光合作用对大气中CO2浓度升高适应的可能原因主要表现在以下几个方面:由于CO2浓度升高,碳水化合物过量积累,光合电子传递链中质体醌与过氧化氢(H2O2)的氧化还原信号对光合作用发生反馈抑制;核酮糖1,5-二磷酸羧化/加氧酶(Rubisco)的含量及其活性下降;气孔状态发生变化.此外,植物体内C/N平衡、生长调节物质和己糖激酶对光合基因表达水平的调控等多个方面会对光合适应产生影响.     

固定化过程对聚球藻生理生化特性的影响

【背景】聚球藻(Synechococcus)是一类生长于海水中的单细胞蓝细菌,因生长迅速被用来净化污水。为了降低成本,生产上采用了固定化措施,但聚球藻固定化后,细胞内的生理生化变化尚未见报道。【目的】研究聚球藻固定化后生理生化及净化能力的变化,为促进聚球藻的应用提供科学依据。【方法】以海藻酸钠和氯化钙为主要原料固定聚球藻;利用显微观察法计算聚球藻的生长速率;利用溶氧仪检测聚球藻的净光合效率;利用荧光法检测一氧化氮(NO)含量;利用分光光度计法检测叶绿素含量、蛋白含量、硝酸还原酶(NR)活性、Rubisco羧化酶活性及水质指标。【结果】固定化过程使聚球藻的最大比生长速率降低24.30%。固定化后聚球藻的净光合速率降低范围为9.10%-29.10%,但固定化过程对叶绿素含量没有明显的影响。固定化使聚球藻Rubisco羧化酶活性、NO含量和NR活性分别降低25.70%、32.10%和40.00%,使聚球藻去除红鳍东方鲀养殖废水中总氮、总磷、氨氮和亚硝酸盐的能力分别降低30.00%、17.70%、20.20%和21.20%,但对去除硝酸盐及化学需氧量(Chemical oxygen demand,COD)的能力没有影响。【结论】固定化过程抑制了聚球藻NR的活性,使其NO产量减少,NO通过转录后修饰的方式降低了光合作用关键酶Rubisco的活性。Rubisco的活性降低使光合效率降低,导致固定化聚球藻的比生长速率和净化污水的能力降低。     

核质杂种小麦Rubisco大亚基的基因结构与功能的关系

NC4号小麦是一高产、抗逆的核质杂种 ,它是由山羊草 (Aegilops squarrosa,♀ )与小麦 (Triticumaestivum, )杂交 ,并多次回交和筛选而获得。测定了 NC4号及其父本的 Rubisco rbc L序列 ,证明 NC4号的 rbc L是由山羊草基因编码。对核质杂种及其亲本 Rubisco的羧化和加氧活性测定表明 ,杂种的羧化 /加氧活性比低于母本山羊草 ,高于父本小麦。rbc L序列测定表明 ,NC4号与父本小麦的 rbc L 有 3个核苷酸的差异 ,即在其氨基酸序列上第 14、86和 95位有 3个残基不同。     

二氧化碳固定酶固碳效率及其对地衣芽孢杆菌代谢的影响

【背景】随着代谢工程与合成生物学的快速发展,通过对异养微生物进行代谢改造,利用生物法进行二氧化碳固定成为一个新的趋势。生物代谢途径中存在着大量固碳酶,这些酶尚待挖掘与应用,不同的酶固碳效率之间也缺少比较。【目的】在体外和体内对固碳功能和效率进行评价。【方法】选取3种固碳酶,即核酮糖1,5-二磷酸羧化加氧酶(ribose 1,5-diphosphate carboxylation oxygenase, RuBisCo)、磷酸烯醇式丙酮酸羧激酶(phosphoenolpyruvate carboxykinase, PCK)和乙酰辅酶A羧化酶(acetyl coenzyme A carboxylase, ACC)在大肠杆菌中异源表达并纯化。测定纯酶的酶活,并建立无细胞催化实验-液质联用评价酶固碳能力的方法。在厌氧发酵条件下检测代谢指标,比较过表达固碳酶的地衣芽孢杆菌相较于原始菌的代谢差异。【结果】3种酶均实现可溶性表达,纯酶的比酶活分别为66.43、1.16和12.52 U/mg。通过体外无细胞催化实验,ACC在3种酶中表现出最高的固碳效率。分别过表达了PCK、ACC的重组地衣芽孢杆菌,厌氧发酵主产物乳酸的转化率从48.6%分别提升至58.1%和59.7%。【结论】可以通过体外、体内结合的方式对固碳酶的效率进行评价,该研究可为固碳酶在微生物遗传改造中理性、精准地应用提供参考。     

α-葡萄糖苷酶抑制剂高通量筛选模型的建立及其应用

【目的】针对人α-麦芽糖苷酶这个糖代谢途径中重要的靶蛋白,建立α-糖苷酶抑制剂高通量筛选模型。【方法】采用毕赤酵母表达系统克隆和表达人α-麦芽糖苷酶。利用酶的催化特性建立α-糖苷酶抑制剂筛选模型。应用该模型对放线菌代谢产物库进行高通量筛选。通过构建16SrRNA系统发育树分析阳性菌株的分类地位。【结果】首次成功克隆、表达了具催化活性的人α-麦芽糖苷酶N端结构域。针对人α-麦芽糖苷酶N端催化结构域,建立α-糖苷酶抑制剂的筛选模型。对包含近2000株放线菌代谢产物的天然产物库进行高通量筛选,最终得到20株α-麦芽糖苷酶抑制剂生产菌株。其中19株放线菌为链霉菌属,且在分类学上具有丰富的多样性。【结论】本研究建立的α-糖苷酶抑制剂高通量筛选模型具有很强的实用价值,可用于新型糖苷酶抑制剂类降糖药物的开发。     

不同光强下生长的几种亚热带森林树木的Rubisco羧化速率和碳酸酐酶的活性

9月和12月测定了生长于3种不同光强（100％、36％和16％的自然光）下生长的乔木荷树、黧蒴和灌木九节、罗伞盆栽幼苗叶片的Rubisco羧化速率（RCR）、碳酸酐酶（CA）活性和细胞间CO2浓度（Ci)。当生长光强降低时,4种供试植物的RCR和CA活性明显降低。9月时生长在16％自然光下荷树的RCR和CA比100％自然光者分别降低55％和50％,藜蒴则降低20％和35％,耐有的灌木树的降幅较小,仅为33％－38％（RCR）和22％－30％（CA）。12月的RCR和CA的水平较9月时低,翌年1月时自然林不同光强下生长的同类植物的RCA和CA随光强变化也有类似的趋势。RCR和CA活性呈正相关性,且两者与Ci呈弱负相关。推测高光强可能有利于激活Rubisco,促进CA内化的CO2→DlC（可溶性碳）→CO2活性和DlC的传输过程。     

人胰腺α-淀粉酶抑制剂高通量筛选模型的建立及其应用

【目的】针对人胰腺α-淀粉酶这个糖代谢途径中重要的靶蛋白,建立α-淀粉酶抑制剂高通量筛选模型。【方法】采用毕赤酵母表达系统克隆和表达人胰腺α-淀粉酶;利用酶的催化特性建立α-淀粉酶抑制剂筛选模型;应用该模型对放线菌发酵液冻干物进行高通量筛选;通过构建16S rRNA系统发育树分析阳性菌株的分类地位。【结果】成功克隆、表达了具催化活性的人胰腺α-淀粉酶;建立了α-淀粉酶抑制剂的筛选模型;对近2000株放线菌的发酵液冻干物进行高通量筛选,最终得到14株α-淀粉酶抑制剂产生菌株,且在分类学上具有丰富的菌种多样性。【结论】本研究建立的α-淀粉酶抑制剂高通量筛选模型具有很强的实用价值,可用于新型淀粉酶抑制剂类降糖药物的开发。     

论文中阿拉伯数字的使用克雷伯氏肺炎杆菌HR526快速合成1,3-丙二醇发酵特性研究

研究了实验室筛选的一株高产1,3-丙二醇(PDO)菌株克雷伯氏肺炎杆菌HR526(Klebsiella pneumoniae HR526),在5 L B.Braun发酵罐进行甘油补料流加发酵30 h,PDO达到91.47 g/L,胞外代谢通量分析显示,PDO在对数中期通量达到最大,而乳酸在稳定期通量达到最大.结合酶学检测分析了PDO合成关键酶PDO氧化还原酶(PDOR)、甘油脱水酶(GDHt)和甘油脱氢酶(GDH)酶活的变化,PDO氧化还原酶活性在对数中期达到最高,甘油脱水酶/甘油脱氢酶在对数期远大于稳定期、衰退期,与代谢通量变化一致甘油脱水酶/甘油脱氢酶活性比例不均衡是3-HPA对数期积累的原因,PDO合成主要集中在对数期,是生长偶联的代谢产物.     

Nisin高产菌株的高通量筛选

【目的】乳酸链球菌素(nisin)是一种天然生物活性抗菌肽,对包括食品腐败菌和致病菌在内的许多革兰氏阳性菌具有强烈的抑制作用,而用作食品的防腐剂。本研究通过建立高通量筛选方法,实现高效快速省力的高产菌株筛选,为工业上筛选高产菌株提供研究方案。【方法】通过对Lactococcus lactis ATCC11454菌株进行紫外诱变,获得2511株突变株。利用Biomek FXP自动工作站建立96微孔板的高通量筛选方法,突变株经高通量挑选、菌种培养及菌液稀释后,加入到生长至对数中期的藤黄微球菌中,采用改进后的比浊法快速检测nisin生物活性。用此方法对突变株进行初筛、复筛后可得到nisin高产菌株,并通过摇瓶发酵评估高通量筛选方法。【结果】确定比浊法检测的条件为:nisin活性稀释在10–25 IU/m L范围内,与藤黄微球菌反应2 h后检测藤黄微球菌的菌体量(OD600)。2511株突变株经过2轮高通量筛选,最终获得约50株产量提升的菌株,对其中8株进行摇瓶精确测量,显示产量均有提高,并且其中一株产量提升了30%,成功建立了高通量筛选nisin高产菌株的方法。【结论】利用比浊检测法,在其基础上成功建立高通量筛选高产nisin菌的方法,经过初筛复筛,整个周期由1人耗时5 d即可完成2511株突变株的筛选工作。相较于传统的选育方法,高通量筛选具有快速、稳定、高效的特点,提高了筛选效率,缩短了选育周期,是工业上筛选高产nisin菌的有效手段。     

地毯草黄单胞菌双组分系统VgrS-VgrR基因敲除及表型筛选

【目的】研究地毯草黄单胞菌双组分系统VgrS-VgrR与致病性的关系,为木薯细菌性病害的高效防控提供分子生物学证据。【方法】采用同源重组方法构建vgrS和vgrR的插入失活突变体,用可移动的cosmid载体p HM1构建互补菌株。检测突变体的致病性、细菌游动性、胞外酶、胞外多糖的变化,观察细菌对H_2O_2和金属离子胁迫的反应。【结果】相比野生型菌株,vgrS和vgrR突变体接种寄主植物木薯后致病力显著降低,突变体的游动性减少、蛋白酶活性减弱、H_2O_2耐受性降低,在高浓度金属离子Fe²⁺、Fe³⁺、Cu²⁺、Ni²⁺、Zn²⁺、Co²⁺的胁迫条件下菌体生长显著减弱。然而,vgrS和vgrR突变体的胞外多糖含量显著升高,分别是野生型的2.14和1.89倍。【结论】阐明了VgrS-VgrR系统在细菌致病过程中发挥的重要作用,为鉴定VgrS-VgrR调控机制提供线索,为药物筛选提供靶向目标。     

光滑球拟酵母中α-酮戊二酸脱氢酶系生理作用

摘要：【目的】研究α-酮戊二酸脱氢酶系在光滑球拟酵母碳代谢流、能量代谢和氨基酸代谢中的生理作用。【方法】通过敲除光滑球拟酵母中编码α-酮戊二酸脱氢酶系中E1酶的基因kgd1,构建α-酮戊二酸脱氢酶活性缺失菌株T. glabrata kgd1::kan,并考察KGDH缺失引起TCA循环关键酶活性,碳代谢流量以及胞内氨基酸和能荷水平等方面的变化。【结果】光滑球拟酵母中α-酮戊二酸脱氢酶活性的缺失导致：(1)细胞启动乙醛酸途径,通过形成TCA-乙醛酸循环实现TCA循环的正常代谢;(2)胞内NADH/NAD+水平     

内生枯草芽孢杆菌SWB8 菌株β-1，3-1，4-葡聚糖酶的抗菌作用及细胞毒性

【目的】本文研究从药用植物黄姜中分离的内生枯草芽孢杆菌菌株SWB8分泌的β-1,3-1,4-葡聚糖酶的抗菌活性和细胞毒性。【方法】利用液体发酵、凝胶渗透色谱(GPC)、十二烷基-聚丙烯酰胺凝胶电泳(SDS-PAGE)和液相层析串联质谱(LC-MS/MS)等方法纯化和鉴定枯草芽孢杆菌株SWB8合成的β-1,3-1,4-葡聚糖酶;利用纸片扩散法,检测葡聚糖酶抑制临床致病性细菌和真菌生长的活性;应用MTT法和流式细胞术(FCM)评估此葡聚糖酶对人肺腺癌细胞(A549)和骨髓间质干细胞(MSCs)的细胞毒性。【结果】细菌性β-1,3-1,4-葡聚糖酶显示了广谱的抗菌活性;抗肿瘤活性主要以细胞凋亡的方式选择性的抑制人肺腺癌细胞系A549细胞的增殖,而对人骨髓间质干细胞系MSC细胞无明显影响。【结论】首次报道β-1,3-1,4-葡聚糖酶的抗菌和抗肿瘤细胞的活性。内生枯草芽孢杆菌SWB8菌株有可能成为抗菌和高效低毒的抗肿瘤药物的潜在来源。     

以蛋白激酶B为靶点的新型抗结核药物高通量筛选模型的建立和应用

【目的】建立以结核分枝杆菌蛋白激酶B为靶点的高通量筛选模型,并运用此模型进行化合物的筛选。【方法】克隆和表达结核分枝杆菌蛋白激酶B,并以其为靶酶建立并优化PknB抑制剂高通量筛选模型,利用该模型对化合物样品进行筛选,并对筛选到的阳性化合物进行抗菌和抑酶活性评价。【结果】利用该模型筛选了化合物样品18 000个,得到具有抑酶活性的阳性化合物8个,其中3个化合物具有较好的对结核分枝杆菌、海分枝杆菌、耻垢分枝杆菌的抑菌活性。【结论】建立的以PknB为靶点的抗结核药物高通量筛选模型具有灵敏度高、稳定性强等优点,可成功用于化合物的高效筛选。筛选得到3个在抑酶水平和抗菌方面均具有良好活性的阳性化合物样品,值得进一步研究。     

低温弱光对黄瓜幼苗Rubisco与Rubisco活化酶的影响

以‘津优3号'黄瓜幼苗为试材,研究弱光(100 μmol·m-2·s-1)下适温(WL:25℃/18℃)、亚适温(ST+WL:18℃/12℃)和低温(LT+WL:10℃/5℃)对黄瓜幼苗光合速率(Pn)、核酮糖-1,5-二磷酸羧化/加氧酶(Rubisco)、Rubisco活化酶(RCA)活性及其基因表达量的影响.结果表明:与对照(25℃/18℃,400 μmol·m-2·s-1)相比,WL、ST+WL和LT+WL处理的单株叶面积和干物质量均明显减小.处理初期,Pn、Rubisco活性及其大亚基基因(rbcL)、小亚基基因(rbcS)表达、RCA活性与基因(CsRCA)表达量大幅度降低,5～7 d后,WL处理趋于平稳,ST+WL处理缓慢回升,而LT+WL处理持续下降,表明黄瓜光合机构对适温弱光和亚适温弱光环境有逐步适应机制.Rubisco和RCA活性及其基因表达对低温弱光的响应与Pn基本一致,表明低温弱光下RCA和Rubisco活性及其基因表达量下降是黄瓜幼苗Pn降低的重要原因.     

不同光质对烟草叶片组织结构及Rubisco羧化酶活性和rbc、rca基因表达的影响

通过对烟草植株覆盖白、红、黄、蓝、紫色滤膜获得不同光质,研究了烟草叶片在7～70d的生长发育期内,不同光质处理对烟叶组织结构特征、核酮糖1,5-二磷酸羧化酶/加氧酶（Rubisco）羧化酶活性、Rubisco基因（rbc）表达及其活化酶（Rca）基因（rca）表达的影响。结果表明,与黄膜处理下生长的烟叶相比,红、蓝、紫膜处理下生长的烟叶有较高的叶片厚度、栅栏组织厚度、海绵组织厚度、栅栏细胞密度和较小的组织空隙率。此外,红、蓝、紫膜处理的叶片有较高的Rubis-co羧化酶活性和净光合速率及较强的rbc和rca基因表达。实验结果表明不同光质对烟草叶片的组织结构特征有显著影响,光质可能通过影响Rubisco羧化酶活性进而影响叶片光合效率,而光质、叶片组织结构和光合效率之间存在某种程度的相互联系。     

弗氏柠檬酸菌1,3-丙二醇合成的代谢工程研究

【目的】研究弗氏柠檬酸菌(Citrobacter freundii) 1,3-丙二醇合成的代谢过程。【方法】构建甘油脱氢酶基因GSR-lacZ、1,3-丙二醇氧化还原酶基因PDO-lacZ和甘油脱水酶基因GL-lacZ等报告基因。在此基础上,构建3个相应的转座子突变文库。【结果】筛选到6株突变子,其相应关键酶表达水平提高1?11倍,1,3-丙二醇产量提高幅度为3%?50%。对转座子插入位点分析显示,5株突变子插入位点均为β-内酰胺酶(CKO_02592)编码基因,1株突变子插入位点为二氢硫辛酰胺基转移酶(CKO_02433)编码基因。进一步分析发现,β-内酰胺酶基因突变显著提高甘油脱水酶和甘油脱氢酶的表达水平,而1,3-丙二醇氧化还原酶表达水平没有变化;二氢硫辛酰胺基转移酶基因突变显著提高1,3-丙二醇氧化还原酶表达水平,其他两种关键酶基因表达水平不变。【结论】β-内酰胺酶和二氢硫辛酰胺基转移酶基因能够分别影响1,3-丙二醇合成代谢途径关键酶的表达,为构建工程菌株打下基础。