基于蛋白质组学的假单胞菌耐溶剂机制研究

【目的】有机溶剂对微生物有强烈的毒害作用致使绝大多数微生物不能在较高的有机溶剂浓度下生长。为了探究微生物的耐溶剂性机制,由野生型假单胞菌Pseudomonas putida JUCS驯化获得一株能够在60%(V/V)的环己烷中生长的菌株P.putidaJUCT1。【方法】采用蛋白质二维电泳对P.putida JUCT1在不同溶剂条件下的蛋白组分表达量的差异进行分析比对。【结果】从总共22个表达量差异均超过50%的蛋白质中,选取了3个高丰度蛋白质,通过MALDI-TOF/TOF鉴定为:3-羟基异丁酸水解酶、蛋白质延伸因子EF-Ts、异分支酸水解酶超家族(编码基因分别为mmsB、tsf、PSEEN0851)。将这3个基因在大肠杆菌中重组表达,3个蛋白均能不同程度地提高E.coli JM109的耐溶剂性,其中3-羟基异丁酸脱氢酶(编码基因mmsB)对菌株的溶剂耐受性影响最为显著。【结论】证明了运用蛋白组学的方法研究微生物的耐溶剂性的可行性,并为构建适用于工业化应用的溶剂耐受性整体细胞生物催化剂提供理论依据。     

基于膜压力应答途径的大肠杆菌丁醇耐受性

【目的】筛选丁醇压力下Escherichia coli中参与溶剂压力应答的细胞信号传导途径,并从应答途径出发,提高E.coli丁醇耐受性。【方法】在丁醇压力下,利用RT-PCR分析大肠杆菌内膜压力应答途径中反应调节因子(response regulator,RR)的表达水平,通过Red同源重组以及一步克隆的方法分别构建外膜脂蛋白Nlp E和分子伴侣蛋白Spy的敲除菌株E.coli JM109(Δnlp E)和E.coli JM109(Δspy)及重组菌株E.coli JM109/p QE80L-nlp E和E.coli JM109/p QE80L-spy,并测定其溶剂耐受性和细胞膜疏水性。【结果】0.8%(V/V)丁醇处理10 h后,Cpx和Bae双组分压力应答途径中的cpx R和bae R基因的表达水平分别提高了8.3和3.3倍;分别在含0.6%(V/V)四氢呋喃、0.1%(V/V)甲苯和0.6%(V/V)环己烷的培养基中培养10 h后,重组菌株E.coli JM109/p QE80L-spy和E.coli JM109/p QE80L-nlp E的OD600相比对照组(OD600增长0.02-0.04)分别增长了0.13-0.17和0.05-0.13,重组菌的溶剂耐受性得到了显著提高。【结论】Cpx和Bae系统参与大肠杆菌丁醇压力应答,分子伴侣蛋白Spy的过表达能够有效提高大肠杆菌对有机溶剂的耐受性,本研究为阐明微生物有机溶剂耐受性机制提供了理论依据。     

生物转化法制备L-天冬酰胺

探索生物转化法制备L-天冬酰胺的技术与工艺。通过分子生物学方法,克隆来源于大肠杆菌(Escherichia coli, E.coli)JM109的天冬酰胺合成酶A基因asnA,并于E. coli BL21(DE3)中表达,利用构建的E.coli基因工程菌E.coli BL21(DE3)/pET28a(+)-asnA全细胞高密度催化L-天冬氨酸生产L-天冬酰胺,以PITC柱前衍生-高效液相检测底物和产物。表达的蛋白质分子质量约为37kDa,与预期大小相符,比酶活力为1786.6U/g。L-天冬氨酸转化率为95.8%,L-天冬酰胺产量可达126.5g/L,生产速率为15.81g/(L·h)。结果表明,已成功构建高效表达天冬酰胺合成酶A基因工程菌株,并用于催化L-天冬氨酸转化生产L-天冬酰胺,解决了L-天冬酰胺生物转化生产工艺中ATP成本过高的难题,为L-天冬酰胺制备提供新的绿色途径。     

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。     

过氧化氢酶基因在大肠杆菌中的克隆表达及发酵优化

利用PCR扩增技术得到枯草芽孢杆菌(Bacillus subtilis)过氧化氢酶基因katA,将该基因与表达载体pET-20b(+)连接构建重组质粒,经测序验证后,在大肠杆菌JM109中进行表达得到重组大肠杆菌基因工程菌E.coli BL21(DE3)(pET-20b(+)-katA).SDS-PAGE电泳结果显示出...     

阴沟肠杆菌和大肠杆菌的生物化工发酵能力比较研究

本研究通过对Escherichia coli JM109菌株和E.cloacae gxas菌株的碳源利用能力、菌株的生长优势以及胞内发酵产物组成进行了研究。实验结果表明:在碳源利用测试中E.coli JM109结果表现阳性(+)只有8种,阴性(-)有32种,而E.cloacae gxas阳性(+)有38种,阴性(-)只有18种,具有广泛的碳源谱。比较2株菌株的生长曲线发现E.cloacae gxas比E.coli JM109生长快,稳定期具有更高的生物量。GC-MS分析结果显示两个菌株的发酵产物的差异极大,在多尺度面上没有重合点。以大肠杆菌为对照菌株,阴沟肠杆菌的发酵产物中有14 776个化合物的产量比大肠杆菌高,只有7 725个化合物的产量比大肠杆菌低。因而,阴沟肠杆菌在生物化工发酵应用中比大肠杆菌更具潜力优势。     

不同实验方法检测常用有机溶剂对细菌活性的影响及其安全使用限量

【目的】采用不同实验方法测定常用有机溶剂二甲基亚砜(DMSO)、丙酮和乙醇对细菌活性的影响,以指导抗菌类药物体外抑菌实验所用溶剂的选择和添加限量。【方法】采用常规体外抑菌实验方法(纸片扩散法、肉汤稀释法),并参照生长曲线法检测有机溶剂DMSO、丙酮和乙醇对大肠杆菌(Escherichia coli)及金黄色葡萄球菌(Staphylococcus aureus)的抑菌作用,采用扫描电子显微镜(SEM)观察溶剂作用后的细菌形态变化。【结果】3种溶剂对E.coli和S.aureus抑菌率达到20%时,在肉汤稀释法下,DMSO、丙酮、乙醇的浓度(体积比)分别为1.00%、0.25%、2.00%和1.00%、1.00%、0.50%;在生长曲线法下,溶剂浓度(体积比)分别为0.50%、1.00%、0.50%和1.00%、0.50%、0.50%;而在纸片扩散法下,32%(体积比)DMSO和32%(体积比)乙醇对E.coli产生明显抑菌圈,但3种溶剂对S.aureus均无抑菌圈出现。3种方法比较后得出:当3种溶剂的抑菌率达到20%时,溶剂浓度(体积比)均低于0.5%,对细菌整体生长活性影响较小。SEM结果表明控制溶剂使用限量可有效减少其对E.coli生长过程的影响。【结论】相对于DMSO和丙酮,乙醇对微生物生长繁殖能力的影响更加明显;采用相同浓度有机溶剂时,液态条件下(肉汤稀释法和生长曲线法)微生物受到有机溶剂的影响较大。     

Pseudomonas putida KT2440低特异性L-苏氨酸醛缩酶的表达、酶学性质及温度稳定性提高

【目的】从Pseudomonas putida KT2440基因组中,钓取低特异性L-苏氨酸醛缩酶基因(lta E),构建重组大肠杆菌。研究目标酶的酶学性质,和关键氨基酸位点突变对酶活和温度稳定性的影响。【方法】以P. putida KT2440基因组DNA为模板,PCR扩增出lta E基因,构建重组表达质粒p ET28a-KT2440并转化Escherichia coli BL21 (DE3),获得重组菌E. coli BL21 (DE3)/p ET-KT2440,利用Ni~(2+)柱亲和层析纯化低特异性L-苏氨酸醛缩酶(LTA),对关键氨基酸位点Thr206和Lys207实施定点突变。【结果】SDS-PAGE结果表明LTA在大肠杆菌中获得高效表达,分子量为40k Da左右,与理论值大小相符。Ni~(2+)柱亲和层析纯化LTA,获得单一条带。利用双酶耦联法测得LTA酶活为5577.3U/mg,最适反应温度为50°C,最适p H为8.0。在温度低于45°C,p H 5.0-9.0时,重组酶较稳定。LTA酶的Km和kcat值为23.95 mmol/L和19216.6 s–1。Mg~(2+)、Ca~(2+)金属离子对LTA有明显的促进作用,而Ni~(~(2+))、Cu~(2+)、Zn~(2+)、Fe~(2+)等对酶有明显的抑制作用。该酶在叔丁基甲基醚溶剂中具有良好的耐受性,在叔丁基甲基醚中保存1h后仍保留90%以上的酶活。Thr206Ser突变明显提高了酶对温度的稳定性。Lys207对酶催化功能是必需的,该位点突变对酶活都是致死的。【结论】克隆并表达P. putida KT2440的LTA酶,研究了酶学性质,通过定点改造提高了酶的温度稳定性,筛选获得一种酶耐受性好的有机溶剂,为LTA酶在有机溶剂中高效稳定催化β-羟基-α-氨基酸奠定了较坚实的研究基础。     

Marinacarbolines甲基化基因mcbD的筛选及其功能

【目的】定位Marinactinospora thermotolerans SCSIO 00652基因组中负责marinacarbolines甲基化修饰的基因mcbD并鉴定其功能。【方法】游离M.thermotolerans SCSIO 00652的基因组序列中功能注释为甲基转移酶的蛋白,使用MEGA 6自带的ClustalW与来自于marformycins生物合成途径中的Mfn G(D/L-酪氨酸甲基化酶)进行多序列比对,用邻接法(Neighbor-Joining)构建系统进化树,筛选到与MfnG进化关系最近的Orf03255(Mcb D);扩增mcbD后克隆至pET28a(+)并在E.coli BL21(DE3)中表达,结合Ni-NTA亲和层析法纯化获取较高纯度的McbD活性蛋白;以marinacarboline B为底物,利用高效液相色谱检测McbD的体外酶活;利用基于PCR-targeting的遗传操作体系构建mcb D插入失活突变株((35)mcbD)并分析其与野生型菌株的发酵产物差异。【结果】N-末端融合组氨酸标签的McbD蛋白在E.coli BL21(DE3)中可溶性表达,亲和层析纯化的McbD能够以marinacarboline B为底物催化形成marinacarboline C;mcbD基因阻断突变株ΔmcbD与野生型相比不产生化合物marinacarboline C,同时累积marinacarboline B。【结论】McbD为marinacarbolines生物合成中必需的O-甲基转移酶。     

硝磺草酮抗性菌株的筛选及抗性基因的克隆表达

【目的】从采集的土壤中筛选出硝磺草酮的抗性菌株,并从中克隆对羟苯基丙酮酸双加氧酶抗性基因。【方法】以酪氨酸为唯一碳源,采用富集培养法筛选分离硝磺草酮抗性菌株,利用16S rRNA基因序列分析对菌株进行初步鉴定。通过PCR扩增获得其HHPD基因序列,构建pETH4表达载体并在大肠杆菌Escherichia coli BL21(DE3)中进行异源表达。通过检测色素在440 nm处的吸收值分析菌株E. coli BL21(DE3)-pETH4对硝磺草酮的抗性特性。【结果】在含10 mmol/L硝磺草酮和1 g/L酪氨酸的选择培养基上,分离得到7株硝磺草酮抗性细菌,1株为不动杆菌属,2株为无色杆菌属,4株为假单胞菌属。从抗性最佳的Pseudomonas sp. AM-H4中扩增得到HPPD的基因片段为1 056 bp,其序列与Acinetobacter baumannii基因组中HPPD的基因序列相似性达到99%,341位点由天冬氨酸突变为丙氨酸。HPPD基因在大肠杆菌中实现异源表达,蛋白分子量大小约40 kD。菌株E. coli BL21(DE3)-pETH4在40 μmol/L硝磺草酮酪氨酸LB培养基中的色素吸收值显著降低,能够耐受高于200 μmol/L的硝磺草酮。【结论】克隆获得的HPPD具有良好的硝磺草酮抗性,将在新除草剂抗性作物选育中有一定的应用潜力。     

一个高效表达、快速纯化大肠杆菌精氨酰-tRNA合成酶的新系统(英文)

编码大肠杆菌精氨酰ｔ Ｒ Ｎ Ａ 合成酶（ Ａｒｇ Ｒ Ｓ） 的基因ａｒｇ Ｓ 被克隆到ｐ Ｍ Ｆ Ｔ７５ 载体上。将此质粒转化的大肠杆菌 Ｊ Ｍ１０９（ Ｄ Ｅ３） 中, 该转化子粗抽液的比活是宿主菌的２ ５００ 倍。通过 Ｄ Ｅ Ａ Ｅ Ｓｅｐｈａｒｏｓｅ Ｃ Ｌ６ Ｂ Ｆａｓｔ Ｆｌｏｗ 和 Ｂｌｕｅ Ｓｅｐｈａｒｏｓｅ Ｃ Ｌ６ Ｂ两步柱层析在一天内即可将精氨酰ｔ Ｒ Ｎ Ａ 合成酶纯化至电泳一条带, 比活为３６ ０００ ｕ／ｍｇ , 总收率可达６９ ％ 。与以前报道的 Ａｒｇ Ｒ Ｓ的高表达质粒相比, 使用该重组质粒可以很方便地将昂贵的标记氨基酸高效地参入酶分子内。目前的研究结果表明,该新系统能够很方便地提供大量的更高比活的大肠杆菌精氨酰ｔ Ｒ Ｎ Ａ 合成酶以进行该酶的 Ｎ Ｍ Ｒ 和结晶学研究     

产1,3-丙二醇新型重组大肠杆菌的构建

利用PCR技术从大肠杆菌(Escherichia coli )中扩增出1.16 kb的编码1,3-丙二醇氧化还原酶同工酶的基因yqhD,将其连接到表达载体pEtac,得到重组载体pEtac-yqhD,重组载体在大肠杆菌JM109中得到高效表达。SDS_PAGE分析显示融合表达产物的分子量均为43 kD,同核酸序列测定所推导的值相符。对含有yqh-D的基因工程菌进行表达研究表明：37 ℃,以1.0 mmol /L IPTG诱导4 h,1,3-丙二醇氧化还原酶同工酶的酶活力达到120 u/mg蛋白,而对照菌株的酶活力为0.5 u/mg蛋白。再将含甘油脱水酶基因dhaB和含1,3-丙二醇氧化还原酶同工酶基因yqhD的重组质粒共转化大肠杆菌JM109得到重组大肠杆菌JM109（pUCtac-dhaB, pEtac-yqhD）,该菌株在好氧条件下,以1.0mmol/L IPTG诱导可将50 g/L甘油转化为38.0 g/L 1,3-丙二醇。首次发现1,3-丙二醇氧化还原酶同工酶在好氧条件下表现出较高的活性。     

Molecular characterisation of phaCAB from Comamonas sp. EB172 for functional expression in Escherichia coli JM109

In this study, PHA biosynthesis operon of Comamonas sp. EB172, an acid-tolerant strain, consisting of three genes encoding acetyl-CoA acetyltransferase (phaA(Co) gene, 1182bp), acetoacetyl-CoA reductase (phaB(Co) gene, 738bp) and PHA synthase, class I (phaC(Co) gene, 1694bp) were identified. Sequence analysis of the phaA(Co), phaB(Co) and phaC(Co) genes revealed that they shared more than 85%, 89% and 69% identity, respectively, with orthologues from Delftia acidovorans SPH-1 and Acidovorax ebreus TPSY. The PHA biosynthesis genes (phaC(Co) and phaAB(Co)) were successfully cloned in a heterologous host, Escherichia coli JM109. E. coli JM109 transformants harbouring pGEM'-phaC(Co)AB(Re) and pGEM'-phaC(Re)AB(Co) were shown to be functionally active synthesising 33wt.% and 17wt.% of poly(3-hydroxybutyrate) [P(3HB)]. E. coli JM109 transformant harbouring the three genes from the acid-tolerant Comamonas sp. EB172 (phaCAB(Co)) under the control of native promoter from Cupriavidus necator, in vivo polymerised P(3HB) when fed with glucose and volatile mixed organic acids (acetic acid:propionic acid:n-butyric acid) in ration of 3:1:1, respectively. The E. coli JM109 transformant harbouring phaCAB(Co) could accumulate P(3HB) at 2g/L of propionic acid. P(3HB) contents of 40.9% and 43.6% were achieved by using 1% of glucose and mixed organic acids, respectively.     

Emission of carbonyl sulfide by Thiobacillus thioparus grown with thiocyanate in pure and mixed cultures

Abstract The biological activity of the heat-stable enterotoxin of Vibrio cholerae non-O1 (NAG-ST) was found to be predominantly associated with the periplasmic extract (about four-fold higher than the culture supernatant) of a recombinant E. coli (JM109) strain carrying the NAG-St toxin gene. Four molecular species of NAG-ST, two each from the periplasmic extract and culture supernatant of JM109, were purified. Amino acid sequence analysis of the four NAG-ST peptides isolated by HPLC revealed that they all differed from that of the mature 17-amino acid residue NAG-ST released by V. cholerae non-O1. The M _r-values of the peptides obtained from the periplasmic extract were 4331 and 2785, while those recovered from the culture supernatant were 3154 and 2785. It thus appears that V. cholerae NAG-ST is synthesized as larger molecules in the recombinant E. coli strain. The differences in sizes of the exported NAG-ST molecule could relate to difference in the enzyme cleavage system between E. coli and V. cholerea .     

一株高抗汞细菌的分离鉴定及其抗性基因的克隆与表达

摘要：【目的】本研究旨在从重金属汞抗性细菌中分离鉴定汞抗性基因【方法】从北京凉水河河床底泥中分离抗汞细菌,采用16S rRNA基因序列分析结合生理生化特征对菌株进行鉴定。根据GenBank中已发表的多种抗汞细菌的merA基因序列设计引物,以抗性细菌基因组DNA为模板,扩增merA基因,并在大肠杆菌（Escherichia coli）BL21(DE3)表达。同时对表达菌株的重金属汞抗性进行测定。【结果】分离得到一株能在含HgCl2为70 mg/L的平板上生长良好的高抗汞细菌,编号为KHg2。16S rRNA     

大肠杆菌甘油激酶基因(glpK)和甘油脱氢酶基因(gldA)的敲除及其对甘油产量的影响

利用Red重组系统构建了大肠杆菌JM109甘油激酶基因(glpK)和甘油脱氢酶基因(gldA)缺失的双突变菌株JM109B,然后将表达酿酒酵母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JM109B突变菌株中,在含1%葡萄糖的摇瓶发酵培养基中37℃发酵24 h,甘油的最高产量为5.61 g/L,是原始菌株JM109/pSE-gpd1-hor2甘油产量的1.59倍;在30 L发酵罐中发酵28 h,甘油的最高产量为103.12 g/L,是原始菌株JM109/pSE-gpd1-hor2甘油产量的1.59倍,是原始菌株BL21/pSE-gpd1-hor2甘油产量的1.41倍,葡萄糖转化率为50.39%。     

金黄色葡萄球菌肠毒素B基因的克隆和在大肠杆菌中高效表达

利用PCR方法从金黄色葡萄球菌TSTw基因组DNA中扩增出约700bp的DNA片段,将之克隆到pGEM7Zf(+)载体上并转化大肠杆菌 DH5α菌株。重组质粒的测序结果表明克隆到了seb基因,它含有717bp（不包括N端81bp的信号肽编码区）,其核苷酸序列与文献报道完全一致。将其连接于表达载体7ZTS上,转化到大肠杆菌JM109（DE3）内。表达的SEB占总蛋白33.5%。      

基因重组大肠杆菌表达血红素加氧酶-1及培养条件优化

【背景】血红素加氧酶-1 (HO-1)具有抗氧化应激、抗凋亡和抗纤维化等多种生理效应,有望成为一种新型药物应用于临床疾病的治疗。【目的】构建表达HO-1的基因重组大肠杆菌(Escherichiacoli),并优化其表达培养条件,实现HO-1高产率的表达。【方法】PCR法克隆集胞藻(Synechocystissp.)PCC6803的HO-1基因(ho1),构建重组质粒pET-28a-ho1,转化大肠杆菌BL21(DE3)菌株,单因素实验优化表达培养基的种类、诱导剂添加时间、诱导培养时间、诱导剂浓度和诱导培养温度。【结果】构建了表达HO-1的基因重组大肠杆菌BL21(DE3)/pET-28a-ho1菌株,用甘油(GY)培养基培养至菌体浓度OD_(600)约为0.8时,加入终浓度为0.1 mmol/L的IPTG诱导,30°C诱导培养6 h,HO-1的表达量最高,Ni-NTA柱分离纯化得到的HO-1收率占细胞总蛋白的10.9%。【结论】获得了可溶性表达HO-1的基因重组大肠杆菌及其较佳的培养条件,为进一步研究集胞藻来源的HO-1的酶学性质和应用奠定了基础。