敲除富马酸酶基因对E.coli厌氧混合酸发酵的影响

基于基因工程菌生产丁二酸代谢途径,以E.coli BA001(△ldh,△pfl)为出发菌株,利用RED同源重组技术敲除了富马酸酶基因fumB,得到重组菌E.coli BA002(△ldh,△pfl,△fum),通过减少苹果酸生成富马酸的通量,实现苹果酸的积累.实验结果表明:对比E.coli BA001,敲除富马酸酶基因会较大程度地改变丁二酸、乙酸等的分布,在两阶段和专一性厌氧发酵中,丁二酸产率由81％、63％分别下降为76％、54％,E.coli BA002中乙酸有较大幅度的增加,而苹果酸的产量为0.25 g/L;通过外源添加1g/L的苹果酸,发现丁二酸和乙酸的产量进一步增加.实验实现了富马酸酶基因的敲除:一方面使得乙酸产量明显增加,另一方面厌氧主导酶FumB的敲除不能完全阻断厌氧发酵苹果酸到富马酸途径.     

基于大肠杆菌K-12MG1655的narG基因缺失荧光工程菌的构建

本研究应用PCR扩增两翼与靶基因上下游同源含有Cmr(氯霉素抗性基因)的片段,经电击转化至E.coli K-12 MG1655中。在λRed重组系统的帮助下,通过氯霉素抗性基因两侧的同源序列在体内与narG基因发生同源重组,随后利用Cmr两端的FTP位点,通过FLP酶专一性重组将Cmr删除,获得narG基因精确敲出且不带Cmr的E.coli K-12 MG1655(ΔnarG)突变株。最后转化NO诱导的GFP(绿色荧光蛋白基因)报告基因质粒p SB1C3_BBa_K 381001,获得具有对(亚)硝酸盐荧光应答的重组发光工程菌株K-12 MG1655(ΔnarG)::GFP。生长曲线测定结果表明,narG基因的敲出对大肠杆菌正常生长无显著影响(p0.05)。荧光工程菌对(亚)硝酸盐的应答结果表明,E.coli K-12 MG1655(ΔnarG)::GFP对(亚)硝酸盐的敏感性相对于E.coli K-12 MG1655::GFP提高了2.5倍左右。且在0~8μmol/L的硝酸盐浓度下符合线性关系:(R2=0.968 3);在0~4μmol/L的亚硝酸盐浓度下符合线性关系:(R2=0.997 5)。本研究所构建的E.coli K-12 MG1655(ΔnarG)::GFP能够有效检测痕量(亚)硝酸盐,可为检测食品和水质中(亚)硝酸盐提供新的方法选择。     

来源于Laceyella sp.的α-淀粉酶基因克隆、重组表达及酶学性质研究

从土壤中筛选产淀粉酶菌株,对其淀粉酶基因进行克隆及异源表达,分析其酶学性质。采用固体淀粉筛选培养基,从安阳面粉厂附近土壤里分离得到一株产淀粉酶的菌株Laceyella sp.,编号为MF-8-1。然后利用同源克隆的方法得到淀粉酶编码基因AmyL。将AmyL与表达载体pET-22b(+)连接构建pET-22b-AmyL重组质粒,并转化至E.coli BL21(DE3)中进行表达。最后对重组酶进行分离纯化以及酶学性质测定。AmyL在E.coli中成功表达,重组酶AmyL分子量为55 kD,最适反应温度为45℃,最适pH值为6.0。在温度低于60℃时,有较好的温度稳定性;在pH 6.0-10.0内较稳定。酶的动力学研究表明,该酶的比活、Km和Vmax分别为185.39 U/mg、0.95 mg/mL、343.12μmol/(min·mg)。结果表明,AmyL在中温碱性条件下具有高活性且保持稳定,在洗涤剂、纺织、造纸等行业具有潜在的应用价值。     

大肠杆菌BL21(DE3)膜组分相关基因的敲除对重组蛋白胞外分泌的影响

摘要:【目的】探究Escherichia coli BL21(DE3)中膜组分相关的脂多糖合成基因waaF或msbB的敲除对重组蛋白胞外分泌的影响。【方法】运用Red重组技术将E.coli BL21 (DE3)染色体上的基因waaF或msbB敲除,构建敲除菌株E.coli BL21(ΔwaaF)、E.coli BL21(ΔmsbB)。将本实验室保存的带有β-呋喃果糖苷酶(β-fructofuranosidase,β-FFase)、青霉素G 酰化酶(penicillin G acylase,PGA)基因的重组质粒pET-ffase、pET-pga分别转入敲除菌株及出发菌株中,构建工程菌株E.coli BL21(ΔmsbB)/pET-ffase、E.coli BL21(ΔwaaF)/pET-ffase、E.coli BL21(DE3)/pET-ffase、E.coli BL21(ΔmsbB)/pET-pga、E.coli BL21(ΔwaaF)/pET-pga、E.coli BL21(DE3)/pET-pga。最后通过摇瓶发酵研究敲除菌株对β-FFase、PGA胞外分泌的影响。【结果】当诱导表达4 h,以出发菌株E.coli BL21(DE3)为宿主时,β-呋喃果糖苷酶β-FFase的胞外分泌量占总表达量的2.6%,以敲除菌株ΔmsbB为宿主时,胞外分泌量达到19.7%,而以敲除菌株ΔwaaF为宿主时,胞外分泌量达到50.9%。另外,当诱导表达24 h,以敲除菌株ΔwaaF为宿主时,青霉素G酰化酶PGA的胞外酶活是出发菌株中的4.1倍,达到1708 U/L。【结论】本研究成功构建了敲除菌株ΔmsbB和ΔwaaF,ΔmsbB能明显增强β-FFase的胞外分泌,而ΔwaaF对β-FFase和PGA的胞外分泌均有显著的强化作用。     

麻类脱胶高效菌株果胶裂解酶基因克隆与表达

【目的】克隆麻类脱胶高效菌株Dickeya sp.DCE-01的果胶裂解酶基因并进行原核表达,对表达产物进行纯化和酶学性质研究。【方法】根据该菌株全基因组序列预测的果胶裂解酶基因Q59419设计引物,PCR扩增后将该基因连接到pEASY-E1和pACYCDuet-1载体上,导入E.coli BL21(DE3)进行表达。选择酶活力高的阳性克隆子进行大量诱导表达后,采用超滤和Sephadex G-100凝胶层析两步法纯化出果胶裂解酶,研究其酶学性质。【结果】克隆到果胶裂解酶基因pel(GenBank登录号:JX964997),其序列全长1 128 bp,编码375个氨基酸。pACYCDuet-1-pel-BL表达胞外果胶裂解酶活力最高,发酵液粗酶活达298.8 IU/mL。其最适反应温度为50°C,最适pH为9.0;保温1 h,酶活稳定温度≤45°C,稳定pH为9.0?10.0。酶催化作用依赖于Ca2+,其最适作用浓度为2 mmol/L;Zn2+、Ca2+和NH4+促进酶活力,Fe3+和Pb2+严重抑制酶活力;聚半乳糖醛酸钠为该酶的最适底物。【结论】从麻类脱胶高效菌株中发掘到碱性果胶裂解酶基因,其表达产物在生物质加工过程中具有重要工业化应用前景。     

聚苹果酸聚合途径中苹果酰辅酶A连接酶基因的克隆、表达及酶学性质

【目的】研究出芽短梗霉聚苹果酸聚合途径中苹果酰辅酶A连接酶基因及其酶学特性。【方法】通过设计兼并引物,采用IPCR技术从出芽短梗霉CCTCC M2012223的基因组中扩增得到苹果酰辅酶A连接酶基因的cDNA全长序列,构建表达载体,通过大肠杆菌异源表达,Ni-NTA柱层析纯化酶蛋白,分析其酶学特性。【结果】获得苹果酰辅酶A连接酶基因序列全长为1498 bp,编码440 aa,含有4个外显子和3个内含子。该重组酶最适反应温度为25℃,最适反应pH值为8.0,高浓度底物ATP明显对酶活性具有抑制作用,单体选择性表明对底物草酸、草酰乙酸、丁酸、丙二酸也具有很好催化活性。【结论】成功从出芽短梗霉CCTCC M2012223中克隆获得聚苹果酸聚合途径的苹果酰辅酶A连接酶基因,为聚苹果酸聚合途径解析及新型可降解材料创制奠定基础。     

Ensifer meliloti 1021烟酰胺酶的酶学特性及3-氰基吡啶调控机理的研究

克隆和异源表达固氮菌Ensifer meliloti 1021烟酰胺酶(NAMase),研究其酶学特性,并探究3-氰基吡啶(3-CP)对该酶的调控机制。PCR扩增获得E. meliloti 1021烟酰胺酶基因(nam)序列,构建含nam的重组质粒并导入Escherichia coli Rosetta(DE3)中异源表达,用Ni-NTA亲和层析纯化蛋白,探究温度、pH、有机溶剂及金属离子对NAMase活性的影响,并对烟酰胺酶进行了固定化研究。结果显示,克隆得到长636 bp的nam,编码的蛋白分子量为22.6 kD,等电点(PI)为5.5。NAMase的最适pH为7.0,在30-50℃温度范围内孵育2 h酶活维持在97.1%以上,最适温度在30-70℃。Ag2+和异戊醇对NAMase的活性抑制率最大。在E. meliloti 1021野生菌株及NAMase过表达菌株转化烟酰胺的过程中3-CP会抑制烟酸的产量,这种效应并非底物抑制作用。     

Thermus thermophilus HB27锰过氧化氢酶在大肠杆菌中的表达及酶学性质分析

碱性嗜热过氧化氢酶是一种重要的纺织用酶。根据大肠杆菌密码子使用偏爱性,对Thermus thermophilus HB27来源的含锰过氧化氢酶基因进行密码子优化,将优化后的基因连接至表达载体pET28a(+)上,转化到E.coli BL21(DE3)中进行诱导表达。结果表明在含有14mmol/L Mn2+浓度的培养液中以0.2 mmol/L的IPTG 42℃条件下诱导2 h的情况下,菌体破碎上清液中的酶活力可达25 U/ml。利用Ni亲和层析柱对该Mn-CAT进行纯化,酶学性质研究表明:此酶的最适温度为70℃,最适pH为pH 10.0,在80℃保温2 h,酶活力不损失;pH9.0~11.0的环境中放置2 h后,酶活仅损失约10%,此酶具有良好的工业开发潜力。     

敲除aceE基因对猪链球菌丙酮酸代谢的影响

【目的】探究缺失编码丙酮酸脱氢酶蛋白的aceE基因对猪链球菌生长特性、三羧酸循环和丙酮酸代谢的影响。【方法】通过测量菌液的OD600值,绘制野生型菌株与aceE基因缺失突变株的生长曲线;利用试剂盒测定三羧酸循环和丙酮酸代谢旁路中乙酰CoA、琥珀酸CoA、延胡索酸、草酰乙酸、丙酮酸、乳酸和ATP的含量,通过荧光定量qRT-PCR确定柠檬酸合酶基因、苹果酸脱氢酶基因、琥珀酸脱氢酶基因、异柠檬酸脱氢酶基因、丙酮酸脱羧酶基因、乳酸脱氢酶基因、乙醇脱氢酶基因和乙醛脱氢酶基因的表达水平。【结果】与野生株相比,菌株ΔaceE在平台期OD600值下降;添加1g/L乙酸盐能够显著提升菌株ΔaceE平台期OD600值。菌株ΔaceE的丙酮酸含量上升,ATP含量下降;三羧酸循环代谢中乙酰CoA、琥珀酸CoA、延胡索酸含量降低;柠檬酸合酶基因和苹果酸脱氢酶基因表达水平上升,琥珀酸脱氢酶基因和异柠檬酸脱氢酶基因表达水平下调;在丙酮酸代谢旁路中丙酮酸脱羧酶基因、乳酸脱氢酶基因、乙醇脱氢酶基因和乙醛脱氢酶基因表达水平上升。【结论】结果显示,菌株ΔaceE三羧酸循环活性降低,虽然能够通过PDH旁路将部分丙酮酸分解为乙...     

嗜热栖热菌α-葡萄糖苷酶基因的表达及酶学性质研究

用PCR方法从嗜热栖热菌(Thermus thermophilus)HB27中扩增出编码α-葡萄糖苷酶基因hbg,将其克隆到大肠杆菌(Escherichia coli)表达载体pET28a( )上,电击转化E.coliBL21(DE3),获得高效表达hbg基因的大肠杆菌重组菌。重组菌经IPTG诱导表达,SDS-PAGE检测表达蛋白相对分子质量约为59kD,与预期分子量相符。经镍柱和阴离子交换柱纯化的重组表达的α-葡萄糖苷酶HBG最适温度为95℃,最适pH值为5.0。     

Glyoxylate bypass operon of Escherichia coli: cloning and determination of the functional map.

In Escherichia coli, a single operon encodes the metabolic and regulatory enzymes of the glyoxylate bypass. The metabolic enzymes, isocitrate lyase and malate synthase, are expressed from aceA and aceB, and the regulatory enzyme, isocitrate dehydrogenase kinase/phosphatase, is expressed from aceK. We cloned this operon and determined its functional map by deletion analysis. The order of the genes in this operon is aceB-aceA-aceK, with aceB proximal to the promoter, consistent with the results of previous experiments using genetic techniques. The promoter was identified by S1 nuclease mapping, and its nucleotide sequence was determined. Isocitrate lyase and malate synthase were readily identified by autoradiography after the products of the operon clone were labeled by the maxicell procedure and then resolved by electrophoresis. In contrast, isocitrate dehydrogenase kinase/phosphatase, expressed from the same plasmid, was undetectable. This observation is consistent with a striking downshift in expression between aceA and aceK.     

Replacement of arginine-171 and aspartate-453 in Streptomyces coelicolor malate synthase A by site-directed mutagenesis inactivates the enzyme

Malate synthase, a key enzyme of the glyoxylate cycle, catalyzes the condensation of glyoxylate and acetyl-CoA to yield malate and CoA. Escherichia coli is known to possess two forms of malate synthase, A and G respectively. The recent elucidation of the E. coli malate synthase G crystal structure suggested two residues, Arg338 and Asp631, are essential for catalysis. Multiple sequence alignment of 26 known malate synthase enzymes revealed that the two proposed sites are highly conserved, despite the low homologies between the two distinct forms of the enzyme (13-18%). The conservation of these residues in both forms of malate synthase suggests that they possess a similar catalytic strategy. Thus, despite the absence of a three-dimensional structure for malate synthase A, the significance of this enzyme in the primary metabolic pathway has prompted the investigation of the involvement of the corresponding residues, Arg171 and Asp453, in Streptomyces coelicolor malate synthase A by site-directed mutagenesis. Heterologous expression in E. coli followed by purification of the constructed mutant proteins, Arg171Leu and Asp453Ala, were performed and subsequent enzyme assays of the purified mutant proteins indicated a significant loss of catalytic activity, thus attesting to the need for the corresponding conserved residues to maintain malate synthase functionality.     

沙门菌外膜蛋白D的原核表达及多克隆抗体制备

目的:在大肠杆菌中表达沙门菌外膜蛋白(OMP)D,纯化后制备兔抗OMPD抗体。方法:用PCR方法从鼠伤寒沙门菌中扩增出ompD基因,并插入融合表达载体pET-28a(+)的多克隆位点,构建重组表达质粒pET28a(+)-ompD;以重组质粒转化大肠杆菌BL21(DE3),筛选阳性重组菌株,经IPTG诱导目的蛋白表达,在变性条件下对目的蛋白进行亲和层析纯化;以表达的OMPD蛋白免疫家兔,制备抗OMPD的多克隆抗体并进行鉴定。结果:扩增了ompD基因,测序证实正确后亚克隆于表达载体pET-28a(+)中,经PCR筛选和酶切鉴定获得阳性克隆,经诱导在大肠杆菌中表达出相对分子质量为40×103的目的蛋白并进行纯化;纯化的OMPD免疫家兔后,能有效地刺激特异性抗体的产生,抗血清的效价达到1∶10000以上,且具有良好的特异性。结论:构建ompD基因的原核表达载体,并在大肠杆菌中获得高效表达;制备出兔抗OMPD抗体,效价及特异性均良好,为进一步制备肠黏膜高亲和力疫苗奠定了基础。     

无标签鼠疫耶尔森菌Ⅴ抗原突变体在大肠杆菌中的表达、纯化及免疫原性分析

目的:在大肠杆菌中表达、纯化无标签鼠疫耶尔森菌低钙反应V抗原突变体,并对其免疫原性进行研究。方法:采用融合PCR方法将Ⅴ抗原基因中编码半胱氨酸的碱基缺失突变,将获得得Ⅴ抗原突变体基因克隆到原核表达载体pET32a(+)后转化大肠杆菌BL21(DE3),用IPTG诱导表达并进行柱层析纯化,纯化产物以Western印迹进行鉴定并免疫BALB/c小鼠,通过ELISA检测免疫血清效价。结果:目的蛋白在大肠杆菌中获得了可溶性高表达,经三步柱层析后纯度高于95%,经Western印迹检测可与野生型V抗原单克隆抗体特异性结合,免疫小鼠后获得高效价免疫血清。结论:获得了无标签的鼠疫耶尔森菌Ⅴ抗原突变体蛋白,并证实其具有免疫原性,将对V抗原结构和功能的研究提供帮助。