鼠李糖乳杆菌D-乳酸脱氢酶基因ldhD的敲除

聚乳酸由可再生原料L-乳酸合成,是目前应用的最环保的生物塑料之一。鼠李糖乳杆菌JCM1553中的L-乳酸和D-乳酸,它们是由代谢途径中的L-乳酸脱氢酶和D-乳酸脱氢酶分别催化丙酮酸而生成。L-乳酸的光学纯度对于L-乳酸的应用至关重要。因此,为了获取光学纯的L-乳酸,需要敲除该鼠李糖乳杆菌编码D-乳酸脱氢酶的基因ldhD以阻断相关的D-乳酸代谢途径。本研究采用pK18mobsacB自杀质粒运用重叠延伸PCR和同源重组技术成功构建得到重组鼠李糖乳杆菌菌株JCM1553-△ldhD。构建的缺失突变体JCM1553-△ldhD菌株没有引入外源基因,完全符合食品、药品安全要求,发酵液中检测到的L-乳酸含量为99.92%,光学纯度达到99.84%,显著优于野生型菌株。     

ldhL-ldb0094基因敲除对保加利亚乳杆菌产L-乳酸的影响

以保加利亚乳杆菌Lactobacillus delbrueckii subsp. bulgaricus CICC21101为出发菌株,利用PCR扩增L-乳酸脱氢酶(ldhL)基因上下游序列ldhL1、ldhL2,获得ldhL基因缺失且包含上下游序列的片段,连接到乳酸菌专用温敏性基因敲除质粒pGhost4,将构建好的敲除载体电转入保加利亚乳杆菌CICC21101,低温筛选。结果表明,成功获得敲除ldhL基因的敲除突变株,敲除后的工程菌D-乳酸产量由30. 5g/L降为4. 8g/L,L-乳酸的产量由25. 4g/L增至58. 3g/L,光学纯度由54. 56%增至90%。同时发现ldhL-ldb0094基因的敲除致使ldhL-ldb1020表达的上调,D-乳酸脱氢酶(ldbD)基因表达量没有变化,ldhL基因敲除株的成功构建将为进一步研究该基因在保加利亚乳杆菌中的功能及后续高光学活性D-乳酸工程菌构建奠定基础。     

敲除集胞藻PCC 6803中编码乳酸脱氢酶的slr1556基因对生物合成乙醇的影响

探究在集胞藻PCC 6803中引入外源乙醇合成基因并敲除集胞藻PCC 6803中编码乳酸脱氢酶的slr1556基因对生物合成乙醇的影响。在集胞藻PCC 6803中引入来源于运动型发酵单胞菌的丙酮酸脱羧酶基因（pdc）与大肠杆菌的NADPH依赖型醛还原酶基因（yqhD）光强启动子PrbcL的驱动下组合表达,生物合成乙醇。在此基础上进一步敲除集胞藻PCC 6803中编码乳酸脱氢酶的slr1556基因,以提高乙醇合成前体丙酮酸含量,促进乙醇的生产。结果显示敲除slr1556基因可以提高丙酮酸含量并显著增加乙醇的产量。竞争性丙酮酸转化乳酸代谢途径的阻断可以有效促进丙酮酸的累积,进而促进乙醇的生产。     

代谢工程改造枯草芽孢杆菌发酵生产乙偶姻

乙偶姻是枯草芽孢杆菌的主要代谢产物,它作为一种食用香精,广泛应用于食品、烟草、化妆品、清洁剂、酒类等行业。本研究首先在不产芽孢的枯草芽孢杆菌(BSD1,阻断了芽孢的合成途径)中敲除了2,3-丁二醇脱氢酶(BDH)的编码基因bdh A、乳酸脱氢酶(LDH)的编码基因ldh和乙酸激酶的编码基因(ACK)ack A,随后克隆了来自菌株B.subtilis168的α-乙酰乳酸合成酶(ALS)和α-乙酰乳酸脱羧酶(ALDC)基因als S和als D,并将其在上述敲除菌中过量表达,结果表明阻断副产物合成途径和加强乙偶姻合成途径关键酶的表达,会显著提高乙偶姻的产量,最终乙偶姻产量达到38.08 g/L,产率为0.45 g·L~(-1)·h~(-1),产率提高了约87.5%。     

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。     

代谢工程大肠杆菌利用甘油高效合成L-乳酸

以甘油为碳源高效合成L-乳酸有助于推进油脂水解产业和生物可降解材料制造业的共同发展。为此,首先分别从凝结芽胞杆菌Bacillus coagulans CICIM B1821和大肠杆菌Escherichia coli CICIM B0013中克隆了L-乳酸脱氢酶基因BcoaLDH和D-乳酸脱氢酶 (LdhA) 的启动子片段PldhA。将两条DNA片段连接组成了表达盒PldhA-BcoaLDH。然后将上述表达盒通过同源重组删除FMN为辅酶的L-乳酸脱氢酶编码基因lldD的同时克隆入ldhA基因缺失菌株E. coli CICIM B0013-080C (ack-pta pps pflB dld poxB adhE frdA ldhA)的染色体上,获得了L-乳酸高产菌株E. coli CICIM B0013-090B (B0013-080C,lldD::PldhA-BcoaLDH)。考察了菌株CICIM B0013-090B不同培养温度下代谢利用甘油和合成L-乳酸的特征后,建立并优化了一种新型L-乳酸变温发酵工艺。在7 L发酵罐上,发酵27 h,积累L-乳酸132.4 g/L,产酸强度4.90 g/(L·h),甘油到L-乳酸的得率为93.7％,L-乳酸的光学纯度达到99.95％。     

1,3-丙二醇发酵过程中乳酸抑制的研究

目的:研究乳酸对克雷伯氏肺炎杆菌(Klebsiella pneumonia)产1,3-丙二醇的影响。方法:通过在摇瓶和反应器水平下分析不同菌株(包含无乳酸、2,3-丁二醇产生的基因敲除菌)的乳酸代谢特性。结果:前期添加6 g/L的乳酸使1,3-丙二醇的产量降低了19%,而发酵10h后添加乳酸几乎不表现出抑制作用。通过对乳酸敲除菌株的代谢分析发现,发酵后期能够消耗培养基中的乳酸,这在一定程度上也反映了菌体发酵后期对乳酸的耐受性。结论:乳酸的抑制作用主要发生在1,3-丙二醇发酵的前期。解除了一株无副产物2,3-丁二醇生产株前期乳酸的过早积累后,1,3-丙二醇的的产量提高了56%。     

来自詹氏乳杆菌的耐热D-乳酸脱氢酶的酶学性质研究

【目的】D-乳酸脱氢酶是催化丙酮酸合成D-乳酸的关键酶。由于其不耐热,从而限制了D-乳酸高温发酵菌株的构建。本文从詹氏乳杆菌中克隆新型D-乳酸脱氢酶研究其酶学性质,为构建D-乳酸高温发酵菌株,进一步降低D-乳酸生产成本奠定基础。【方法】通过克隆詹氏乳杆菌的D-乳酸脱氢酶,将其进行体外表达,并与来自植物乳杆菌中的D-乳酸脱氢酶的最适温度、最适pH、动力学参数及热稳定性和热失活性相比较,研究詹氏乳杆菌D-乳酸脱氢酶的耐热性。【结果】詹氏乳杆菌的D-乳酸脱氢酶最适温度(45 °C)比植物乳杆菌中的D-乳酸脱氢酶的最适温度(30 °C)高很多,热失活的时间和温度均要比植物乳杆菌中D-乳酸脱氢酶高很多。同时其催化效率(kcat/Km)是植物乳杆菌D-乳酸脱氢酶的3倍左右。【结论】詹氏乳杆菌的D-乳酸脱氢酶具有更好的耐热性和更高的催化活力。     

糙皮侧耳乳酸脱氢酶鉴定及其菌丝高温胁迫下表达特征分析

乳酸脱氢酶（lactate dehydrogenase,LDH）可催化丙酮酸与乳酸（lactic acid,LA）之间的可逆转化，为探索乳酸脱氢酶基因在糙皮侧耳（Pleurotus ostreatus）菌丝体高温胁迫响应中的作用，在糙皮侧耳（P. ostreatus）菌株CCMSSC00389基因组中鉴定获得了8个乳酸脱氢酶编码基因。生物信息学分析结果显示，3个基因编码D型乳酸脱氢酶，5个基因编码L型乳酸脱氢酶。氨基酸序列比对、系统发育、三维结构和亚细胞定位分析显示，3个D型乳酸脱氢酶的同源性较高，可能属于细胞色素C依赖的D型乳酸脱氢酶，D-LDH2和D-LDH3位于线粒体中；5个L型乳酸脱氢酶的氨基酸序列同源性较低，并按电子受体和亚细胞定位的不同分为3个类型。通过检测36℃、40℃高温胁迫下乳酸脱氢酶基因的表达量变化，明确D-ldh3、L-ldh5和L-ldh7表达特征相同，L-ldh6和L-ldh8的表达特征相同，D-ldh1、D-ldh2和L-ldh4则表现出不同的基因表达趋势，表明乳酸脱氢酶基因对不同高温胁迫温度的响应方式存在差异。高温胁迫条件下，乳酸脱氢酶总酶活性降低，胞内乳...     

甲酸脱氢酶在Klebsiella pneumoniae中的表达和功能分析

在甘油厌氧发酵生产1,3-丙二醇的过程中,需要消耗还原当量NADH,NADH的有效供给决定了1,3-丙二醇的产量和得率。采用PCR方法从Candidaboidinii基因组中克隆编码甲酸脱氢酶基因fdh,将fdh基因片段插入载体pMALTM-p2X中,构建表达载体pMALTM-p2X-fdh,并转入1,3-丙二醇生产菌Klebsiella pneumoniae YMU2,获得重组菌Klebsiella pneumoniae F-1。研究了重组质粒的稳定性和IPTG诱导fdh基因过量表达的条件。结果表明,重组质粒具有良好的稳定性;fdh基因表达的蛋白分子量为40.2kDa;IPTG诱导表达研究表明,在IPTG浓度为0.5mmol/L时,诱导4h后甲酸脱氢酶表达明显;发酵过程中甲酸脱氢酶比酶活达到5.47U/mg;与出发菌株K.pneumoniae YMU2相比,重组菌F-1合成1,3-丙二醇的浓度提高了12.5%。     

在Klebsiella pneumoniae醛脱氢酶失活菌中构建NADH再生系统

生物法生产1,3-丙二醇（1,3-Propanediol,1,3-PD）是当前工业生物技术研究的热点之一,生产过程中,需要消耗还原当量NADH,NADH的有效供给决定了1,3-PD的产量和得率。本文采用PCR的方法从Candida boidinii基因组中克隆编码fdh的基因,将该基因片段插入载体pMALTM-p2X,构建表达载体pMALTM -p2X-fdh,并转入醛脱氢酶失活菌Klebsiella pneumoniae DA-1HB,获得重组菌Klebsiella pneumoniae DAF-1。在IPTG浓度0.5 mmol/L时,诱导3 h后甲酸脱氢酶表达明显;发酵过程中甲酸脱氢酶比酶活达到4.82 U/mg;与出发菌株K. pneumoniae DA-1HB相比,重组菌DAF-1合成1,3-丙二醇的浓度提高了19.2%?。     

D-乳酸脱氢酶基因克隆及其表达

构建了一株产D ,L 乳酸的乳杆菌 (Lactobacillussp .)MD 1的基因文库。利用乳酸脱氢酶和丙酮酸裂解酶缺陷的EscherichiacoliFMJ1 4 4作为宿主 ,在厌氧条件下通过互补筛选获得乳酸脱氢酶基因 (ldh) ,非变性聚丙烯酰胺凝胶电泳 (Native PAGE)检测证明其阳性克隆表现出D 乳酸脱氢酶 (D LDH)活性。核酸序列分析表明 ,ldhD的ORF编码 331个氨基酸残基组成的蛋白质有两个保守区域 ,其中V1 47～D1 76 区是NADH的结合位点 ,R77～E1 0 7区据报道是酶的活性部位。该菌株D LDH和D羟基异己酸脱氢酶 (D HicDH)属于NADH依赖性脱氢酶家族 ,ldhD和其他乳杆菌属的ldhD及D HicDH基因和编码的氨基酸序列相似性较低 ,核酸序列相似性最高达 4 9 33% ,氨基酸序列相同性最高为 4 2 % ,是一个新的D 乳酸脱氢酶基因     

2,3-丁二醇代谢途径关键酶基因敲除对克雷伯氏菌发酵产1,3-丙二醇的影响

2,3-丁二醇是克雷伯氏菌发酵产1,3-丙二醇的主要副产物,为减少2,3-丁二醇的产生,利用Red重组技术对克雷伯氏菌2,3-丁二醇合成途径关键酶基因budC和budA进行了敲除。突变株发酵性能实验结果表明,所获得的两株突变株生长性能受到不同程度的影响;budC基因的缺失使菌株1,3-丙二醇产量提高了10%,2,3-丁二醇降低为原来的70%,而budA基因缺失则使菌株无2,3-丁二醇和1,3-丙二醇的产生,但乳酸、琥珀酸、乙醇和乙酸的产量较出发菌株都有明显增长。通过进一步对budC基因缺失菌株主要产物分析,推测在该菌中存在2,3-丁二醇回补途径,这一结果为低副产物克雷伯氏菌的改造提供了新依据。     

pH对克雷伯氏菌1,3-丙二醇合成关键酶酶活及发酵特性的影响

在5 L发酵罐进行甘油脉冲流加发酵,分析了不同pH值对克雷伯氏肺炎杆菌发酵特性的影响,pH 6.5为菌体最佳生长条件,克雷伯氏肺炎杆菌合成1,3-丙二醇的产量最高。在1,3-丙二醇合成速率较大的对数中前期,进行甘油脉冲流加发酵,提高甘油浓度促进甘油脱水酶、1,3-丙二醇氧化还原酶和甘油脱氢酶活性。不同pH值的脉冲试验表明,甘油脱水酶,2,3-丁二醇脱氢酶比酶活随着pH值的升高而升高,1,3-丙二醇氧化还原酶,乳酸脱氢酶比酶活在pH6.5最高,因此偏酸性的发酵条件和对数期维持一定的甘油浓度能够促进1,3-丙二醇的合成。     

混合菌发酵1,3-丙二醇的初步研究

将表达酿酒酵母3-磷酸甘油脱氢酶基因(GPD1)和3-磷酸甘油酯酶基因(HOR2)的质粒PSE-gpd1-hor2转化到甘油激酶基因(glpK)和甘油脱氢酶基因(gldA)双缺失的大肠杆菌JM109C中,构建产甘油的工程菌JM109C/PSE-gpd1-hor2.接种JM109C/pSE-gpd1-hor2和Klebsiella在含1%葡萄糖的摇瓶发酵培养基中37℃发酵56 h,1,3-丙二醇的最高产量为1.28 g/L,葡萄糖摩尔转化率为37.5%;在30 L发酵罐中发酵68 h,1,3-丙二醇的最高产量为24.09 g/L,葡萄糖摩尔转化率为38.0%;5 g/L的乙酸、乳酸,10 g/L的乙醇分别使1,3-丙二醇的产量降低了91.41%、54.68%和51.56%.     

克雷伯氏菌产1,3-丙二醇ldhA基因缺失菌株的构建

克雷伯氏菌(Klebsiella pneumonia)甘油歧化发酵生产1,3-丙二醇(1,3-PD)的过程中,乳酸是氧化途径最主要的副产物,乳酸的产生和积累,不仅限制了菌体本身的生长,而且严重影响了1,3-丙二醇的转化率。利用λRed重组技术对Klebsiella pneumonia中的酶乳酸脱氢酶基因(ldhA)进行改造。在λRed重组系统作用下,将带有300 bp的线性同源片段ldhA1-Cm-ldh A2与基因组DNA的同源重组,经过抗性筛选和PCR鉴定最终获得了ldhA基因缺失菌株K.pneumonia2-1ΔldhA。经过24 h发酵可知,乳酸最大产出浓度由原来的10.16 g/L降为0.49 g/L,1,3-PD由原来的78.83 g/L增长为85.76 g/L,甘油转化率由60.64%增长到65.97%,提高了5.33%。     

D-乳酸生产菌菊糖芽孢乳杆菌来源的D-乳酸脱氢酶同工酶

【目的】菊糖芽孢乳杆菌(Sporolactobacillus inulinus)作为典型的同型发酵产D-乳酸的优势菌株,能够高效生产高纯度的D-乳酸。该菌株发酵受到多方面环境因素影响。糖代谢的关键酶例如葡萄糖激酶、磷酸果糖激酶、丙酮酸激酶以及乳酸脱氢酶均为由葡萄糖代谢成为乳酸的关键酶,该菌中相关代谢酶的研究是发酵调控至关重要的基础。分析S.inulinus的基因组表明有3个推测为D-乳酸脱氢酶的基因,其中已有报道研究了1个双功能蛋白[bifunctional protein(BP)]。本研究分别克隆并解析了另2个D-乳酸脱氢酶同工酶的性质。【方法】本研究以S.inulinus Y2-8基因组DNA为模板,克隆得到2个D-ldh基因(dldh、dhdh),经测序分别为D-乳酸脱氢酶[D-lactic acid dehydrogenase(DLDH)]和D-羟基酸脱氢酶[D-isomer specific 2-hydroxyacid dehydrogenase(DHDH)]的基因。构建的重组菌表达蛋白DLDH,DHDH均具有催化丙酮酸生成D-乳酸的功能。【结果】重组菌表达的蛋白经镍柱亲和层析达到电泳纯。SDS-PAGE分析表明DLDH的表观分子量为37 k Da,DHDH的表观分子量为39 k Da。此外,DLDH以丙酮酸为底物时Km值为(0.58±0.04)mmol/L,对底物有较高的亲和力,最适反应温度为35°C,最适p H为6.5;而DHDH以丙酮酸为底物时Km值为(1.70±0.08)mmol/L最适反应温度为30°C,最适p H为7.5。另有报道的BP以丙酮酸为底物时Km值为(3.40±0.02)mmol/L,最适反应温度为30°C,最适p H为5.5。【结论】根据对底物丙酮酸的亲和力,最适温度及最适p H,推测DLDH是乳酸发酵中产D-乳酸的主导催化剂。结合相关酶学性质的分析可为今后的发酵调控提供理论依据。     

谷氨酸棒杆菌1dh基因的敲除

谷氨酸棒杆菌中ldh基因编码乳酸脱氢酶,可催化丙酮酸转化生成乳酸.利用重叠延伸PCR的方法,获得中间缺失部分序列的dldh基因片段,将其与载体pk 18mobsacB连接,转化大肠杆菌感受态,筛选出阳性转化子后,转化谷氨酸棒杆菌ATCC 13032感受态细胞.分别在卡那霉素抗性平板及10％蔗糖平板上进行两次筛选,利用PCR方法鉴定,成功获得ldh基因缺失的谷氨酸棒杆菌突变株ATCC 13032-(4)ldh.应用荧光定量PCR检测,ATCC 13032-(z)ldh中的ldh基因在转录水平与野生型菌株ATCC 13032相比,相对表达量为O.ldh基因的敲除对菌株的生长造成了一定的影响.     

鼠李糖乳杆菌D-(+)-乳酸脱氢酶基因的克隆及在大肠杆菌中的表达

利用PCR的方法从鼠李糖乳杆菌基因组DNA中扩增到D-(+)-乳酸脱氢酶基因(ldhD),并连接到载体pSE380上,构建表达质粒pSE-ldhD,将重组质粒pSE-ldhD转化大肠杆菌BL21(DE3),重组菌株经IPTG诱导表达,SDS-PAGE电泳分析表明ldhD在大肠杆菌中实现了表达,表达产物的分子量约为37kD。同时采用紫外分光光度法测定D-乳酸脱氢酶的酶活,测得重组菌株的D-乳酸脱氢酶活力为5.4U/mL,最适反应温度为35℃,最适pH为5.6。     

谷氨酸棒状杆菌厌氧产丁二酸的发酵条件

考察谷氨酸棒状杆菌ATCC13032Δldh厌氧产丁二酸的发酵条件。结果发现:补加NaHCO3的效果最好,并且考察了NaHCO3浓度对葡萄糖转化速率及丁二酸生成速率的影响。运用代谢流分析方法分析了乳酸脱氢酶基因敲除对谷氨酸棒状杆菌厌氧代谢的影响,发现乳酸脱氢酶基因敲除导致磷酸烯醇式丙酮酸生成丁二酸的流量提高了214.3%,流向乳酸的流量变为0;分批厌氧转化36 h生成41.2 g/L丁二酸,产率45.0%。