枯草芽孢杆菌cdd基因敲除及对胞苷发酵的影响

目的:通过敲除出发菌株上的胞苷脱氨酶基因,阻断嘧啶代谢通量由胞苷流向尿苷和尿嘧啶,选育胞苷产生菌。方法:采用同源重组的方法敲除枯草芽孢杆菌TS8的胞苷脱氨酶基因cdd,并通过遗传稳定性实验验证其缺失标记和胞苷产量,通过摇瓶发酵实验对比出发菌株和缺失株的产苷水平。结果:cdd基因缺失菌株TSb发酵72h,发酵液中胞苷产量达到1.72g/L,与原始菌株相比提高了44.19%,且遗传性状稳定。结论:cdd基因的缺失可有效阻断嘧啶代谢通量由胞苷流向尿苷和尿嘧啶,提高胞苷产量。     

代谢工程方法改造大肠杆菌生产胸苷

胸苷是抗艾滋病药物司他夫定(3′-脱氧-2′,3′-双脱氢胸苷)和叠氮胸苷的重要前体物质。应用代谢工程方法对大肠杆菌Escherichia coli BL21(DE3)生物合成胸苷进行了研究。通过敲除E.coli BL21嘧啶回补途径的deo A、tdk和udp三个基因,BS03工程菌株能够积累21.6 mg/L胸苷。为了增加合成胸苷前体物核糖-5-磷酸和NADPH的供给,进一步敲除pgi和pyr L使工程菌BS05胸苷的产量提高到90.5 mg/L。而通过过表达胸苷合成途径的ush A、thy A、dut、ndk、nrd A和nrd B六个基因,菌株BS08胸苷的产量能达到272 mg/L。通过分批补料发酵,BS08最终可以积累1 248.8 mg/L的胸苷。本研究结果表明经过代谢工程改造的E.coli BL21具有良好的胸苷合成能力和应用潜力。     

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.     

产普鲁兰酶重组大肠杆菌质粒稳定性的研究

通过对产普鲁兰酶的重组大肠杆菌E.coli BL21(DE3)/p ET28a-s-pul菌株在发酵过程中质粒稳定性和普鲁兰酶生成量的考察,发现不同宿主对质粒稳定性及酶活性有重要影响。本文利用E.coli BL21(DE3)p Lys S菌株为宿主,构建重组菌E.coli BL21(DE3)p Lys S/p ET28a-s-pul,通过控制外源蛋白的本底表达,提高了重组菌株的质粒稳定性。优化发酵培养基和发酵条件以后,重组菌产普鲁兰酶能力由480 U/m L提高至627 U/m L,增幅为30.6%。研究结果认为,严格控制外源蛋白的本底表达,是改善重组菌稳定性的重要方法之一。     

基于辅因子调控对大肠杆菌两阶段发酵产丁二酸的影响

考察了E.coli NZN111及其重组菌株E.coli NZN111/pTrc99a-pncB发酵生产丁二酸的性能。E.coli NZN111两阶段发酵丁二酸的同时,会造成丙酮酸的大量积累。研究发现:通过过量表达烟酸转磷酸核糖激酶,两阶段发酵重组菌株E.coli NZN111/pTrc99a-pncB,减少丙酮酸的积累且无副产物乙酸生成,提高丁二酸的产量,丁二酸得率和耗糖速率分别提高了139%和20%。     

调控大肠杆菌胞内ATP和NADH水平促进琥珀酸生产

琥珀酸作为一种重要的C4平台化合物,广泛应用于食品、化学、医药等领域。利用大肠杆菌(Escherichia coli)发酵生产琥珀酸受胞内辅因子不平衡的影响,存在产率低、生产强度低、副产物多等问题。为此,对不同氧气条件下琥珀酸产量和化学计量学分析发现,微厌氧条件下E.coli FMME-N-26高效积累琥珀酸需要借助三羧酸循环(tricarboxylic acid cycle,TCA)为还原性三羧酸途径(reductive tricarboxylic acid pathway,r-TCA)提供足够的ATP和NADH。通过减少ATP消耗、强化ATP合成、阻断NADH竞争途径和构建NADH回补路径等代谢工程策略,组合调控胞内ATP与NADH含量,获得工程菌株E.coli FW-17。通过发酵条件优化,菌株E.coli FW-17在5 L发酵罐能积累139.52 g/L琥珀酸,比出发菌株提高了17.81%,乙酸浓度为1.40 g/L,降低了67.59%。进一步在1000 L发酵罐中进行放大实验,琥珀酸产量和乙酸浓度分别为140.2 g/L和1.38 g/L。     

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。     

dhaBCE基因与yqhD基因串联表达载体的构建及其生物转化甘油

将来自于肺炎克雷伯氏杆菌的甘油脱水酶基因插入到质粒pET28(a+) -yqhD的上游,并用SD序列隔开,串联构建重组质粒pET28(a+)dhaBCE-yqhD,转化到大肠杆菌E.coli novablue中进行共表达。结果显示：含有pET28(a+) dhaBCE-yqhD的重组菌在28℃条件下,IPTG诱导16h后,甘油脱水酶和yqhD氧化还原酶的酶活力分别达到35 U/ mg和 82 U/ mg ,而对照组检测不到甘油脱水酶酶活;当甘油浓度为55g/L,产物1,3-PD的产量可达39g/L;甘油浓度过量不利于产物合成,且产物1,3-丙二醇对合成反应具有一定的抑制作用。     

16种茯苓菌株液体发酵产胞内多糖与三萜的比较研究

筛选茯苓高产胞内多糖和胞内三萜的优良液体发酵出发菌株。采用PDA富集固体平板培养与液体发酵培养测定菌丝体生长速率;采用液体发酵策略分析16种茯苓菌株产胞内多糖与胞内三萜的潜能。实验结果表明菌株生长于固体培养基与种子培养基的生长速率之间没有关联性;降低一级种子培养基初始pH值到4.0时能有效缓解茯苓菌株培养物褐化现象;AS5.137胞内多糖含量最高,达377.60±0.10 mg/g,而DB菌株显示出最高的胞内多糖产量,达1.01±0.13 g/L;Y1菌株胞内三萜含量最高,达83.89±4.28 mg/g,而Jingzhou28菌株胞内三萜产量最高,达136.63±26.66 mg/L。就生产茯苓胞内多糖与胞内三萜而言,AS5.137与DB菌株适合作为液体发酵产胞内多糖的出发菌株;Y1,Jingzhou28,Z(z)与Xingpinzhong菌株均较适合作为液体发酵产胞内三萜的出发菌株。     

重组大肠杆菌利用蔗糖及糖蜜发酵生产丁二酸

富含蔗糖的甘蔗糖蜜可作为制备丁二酸的廉价原料。然而生产丁二酸的潜力菌株大肠杆菌Escherichia coli AFP111不能代谢蔗糖。为了使其具有蔗糖代谢能力,将E.coli W中非PTS蔗糖利用系统蔗糖通透酶的编码基因csc B,果糖激酶的编码基因csc K和蔗糖水解酶的编码基因csc A克隆并表达到AFP111中,获得重组菌株AFP111/p MD19T-csc BKA。经厌氧发酵验证,重组菌株72 h消耗20 g/L蔗糖,丁二酸产量达到12 g/L。在3L发酵罐中采用有氧阶段培养菌体、厌氧阶段发酵的两阶段发酵方式,厌氧发酵30 h,重组菌株以蔗糖和糖蜜为碳源丁二酸产量分别为34 g/L和30 g/L。结果表明,通过外源引入非PTS蔗糖利用系统,重组菌株具有较强的代谢蔗糖生长及合成丁二酸的能力,并且能够利用廉价糖蜜发酵制备丁二酸。     

操纵子前导区的修饰及PRPP合成途径的加强对大肠杆菌积累L-组氨酸的影响

目的:基于转酮酶基因缺失菌株MG1655-ΔtktA,研究启动子替换L-组氨酸操纵子前导区及6-磷酸葡萄糖脱氢酶基因zwf、6-磷酸葡萄糖酸脱氢酶基因gnd、PRPP合成酶基因prs的过表达对大肠杆菌产L-组氨酸的影响。方法:通过Red重组系统用T5启动子替换L-组氨酸操纵子前导区;构建gnd和zwf串联表达载体gnd-zwf-pSTV28,prs表达载体prs-pQE30。通过摇瓶发酵,考察上述改造对大肠杆菌积累L-组氨酸的影响。结果:测定结果显示,改造菌株的发酵液中均能实现L-组氨酸积累,平均分别为MG1655-ΔtktA-PT5,60.12 mg/L;MG1655-ΔtktA-PT5(prs-pQE30),66.47mg/L;MG1655-ΔtktA-PT5(zwf-gnd-pSTV28),89.69 mg/L;MG1655-ΔtktA-PT5(prs-pQE30,zwf-gnd-pSTV28),111.56 mg/L。结论:L-组氨酸操纵子前导区的修饰使菌株合成L-组氨酸的能力大大增强,而氧化戊糖磷酸途径的加强和PRPP合成酶活性的提高能够进一步提高产量。     

Mapping of the gene for cytidine deaminase (cdd) in Escherichia coli K-12

The structural gene encoding cytidine deaminase (cdd) has been mapped in Escherichia coli K-12. It is located counterclockwise to ptsF between 46 and 47 min. The gene order in this region of the E. coli chromosome was found to be his-udk-gat-dld-cdd-ptsF.     

Enhanced production of arginine and urea by genetically engineered Escherichia coli K-12 strains.

Escherichia coli strains capable of enhanced synthesis of arginine and urea were produced by derepression of the arginine regulon and simultaneous overexpression of the E. coli carAB and argI genes and the Bacillus subtilis rocF gene. Plasmids expressing carAB driven by their natural promoters were unstable. Therefore, E. coli carAB and argI genes with and without the B. subtilis rocF gene were constructed as a single operon under the regulation of the inducible promoter ptrc. Arginine operator sequences (Arg boxes) from argI were also cloned into the same plasmids for titration of the arginine repressor. Upon overexpression of these genes in E. coli strains, very high carbamyl phosphate synthetase, ornithine transcarbamylase, and arginase catalytic activities were achieved. The biosynthetic capacity of these engineered bacteria when overexpressing the arginine biosynthetic enzymes was 6- to 16-fold higher than that of controls but only if exogenous ornithine was present (ornithine was rate limiting). Overexpression of arginase in bacteria with a derepressed arginine biosynthetic pathway resulted in a 13- to 20-fold increase in urea production over that of controls with the parent vector alone; in this situation, the availability of carbamyl phosphate was rate limiting.     

The RihA, RihB, and RihC ribonucleoside hydrolases of Escherichia coli. Substrate specificity, gene expression, and regulation

Pyrimidine-requiring cdd mutants of Escherichia coli deficient in cytidine deaminase utilize cytidine as a pyrimidine source by an alternative pathway. This has been presumed to involve phosphorylation of cytidine to CMP by cytidine/uridine kinase and subsequent hydrolysis of CMP to cytosine and ribose 5-phosphate by a putative CMP hydrolase. Here we show that cytidine, in cdd strains, is converted directly to cytosine and ribose by a ribonucleoside hydrolase encoded by the previously uncharacterized gene ybeK, which we have renamed rihA. The RihA enzyme is homologous to the products of two unlinked genes, yeiK and yaaF, which have been renamed rihB and rihC, respectively. The RihB enzyme was shown to be a pyrimidine-specific ribonucleoside hydrolase like RihA, whereas RihC hydrolyzed both pyrimidine and purine ribonucleosides. The physiological function of the ribonucleoside hydrolases in wild-type E. coli strains is enigmatic, as their activities are paralleled by the phosphorolytic activities of the nucleoside phosphorylases, and a triple mutant lacking all three hydrolytic activities grew normally. Furthermore, enzyme assays and lacZ gene fusion analysis indicated that rihB was essentially silent unless activated by mutation, whereas rihA and rihC were poorly expressed in glucose medium due to catabolite repression.     

蛇毒锯鳞蝰素融合蛋白的发酵与纯化

研究大肠杆菌表达重组蛇毒锯鳞蝰素(Echistatin,Ecs)融合蛋白的发酵和纯化工艺。将Ecs基因插入表达载体pTXB1,转化E.coliBL21(DE3)构建工程菌。对工程菌进行补料分批培养并诱导表达,研究培养基、培养和诱导时间对工程菌生长和目的蛋白表达的影响,几丁质亲和层析纯化Ecs融合蛋白,经DTT裂解后,检测Ecs活性。发酵后菌体湿重可达75g/L,融合蛋白表达量约占总蛋白的35%,重组质粒在BL21宿主菌中传代稳定。亲和层析纯化后,得到Ecs单体,得率为28mg/L发酵液。生物学活性分析显示,重组Ecs能有效抑制血小板的聚集,其活性与天然Ecs相似。优化了Ecs融合基因工程菌的发酵和纯化条件,为规模化生产奠定基础。     

氨甲酰磷酸不同合成途径在大肠杆菌中的比较

【背景】氨甲酰磷酸是生物合成代谢中精氨酸与嘧啶的重要前体物质,在工业微生物生产精氨酸与嘧啶及其衍生物中发挥关键作用。【目的】在大肠杆菌Escherichia coli BW25113中比较氨甲酰磷酸不同合成途径的催化效率。【方法】在大肠杆菌Escherichia coli BW25113中过表达鸟氨酸氨甲酰基转移酶(OTC)的基础上,分别过表达大肠杆菌自身的氨基甲酸激酶(CK)和氨甲酰磷酸合酶(CPSⅡ)并表征其反应效果。通过优化底物供应(调整底物浓度与引入L-谷氨酰胺合成酶)对CK与CPSⅡ的催化反应进行优化。【结果】在大肠杆菌中过表达OTC,建立细胞水平氨甲酰磷酸检测体系。在此基础上比较不同来源的CK,发现大肠杆菌来源的CK效果最好,50mmol/LNH4HCO3条件下全细胞催化9h得到2.95±0.15mmol/LL-瓜氨酸;过表达CPSⅡ时,50mmol/LL-谷氨酰胺催化9h得到3.16±0.29 mmol/L L-瓜氨酸。通过改变底物NH4HCO3浓度和引入外源L-谷氨酰胺合成酶(GS)等方式对CK与CPSⅡ的催化反应分别进行优化后,100 mmol/L NH4HCO3条件下,L-瓜氨酸浓度分别提高至4.67±0.55mmol/L和6.12±0.38mmol/L,且过表达GS后CPSⅡ途径可以利用NH3,不需要额外添加L-谷氨酰胺。【结论】引入L-谷氨酰胺合成酶后的CPSⅡ途径合成氨甲酰磷酸的能力优于CK途径,为精氨酸、嘧啶及其衍生物的合成提供了一种更加高效的策略。     

含苏氨酸操纵子重组质粒的构建及其对大肠杆菌L-苏氨酸积累的影响

摘要：【目的】通过分子生物学手段构建重组质粒,将其转入野生型大肠杆菌W3110,分析含苏氨酸操纵子基因的质粒及质粒定点突变解除反馈抑制时,对L-苏氨酸积累的影响。【方法】以W3110染色体DNA为模板,PCR扩增苏氨酸操纵子基因,即启动子THrLp、编码前导肽基因thrL以及thrA、thrB、thrC基因,通过重叠延伸PCR的方法对thrA基因定点突变,解除苏氨酸对它的反馈抑制,构建出重组表达质粒WYE112和WYE134,5 L发酵实验测定L-苏氨酸的产量。【结果】经5 L发酵罐发酵产酸实验,W3110的L-苏氨酸产量为0.036 ± 0.004 g/L,携带含苏氨酸操纵子质粒的W3110菌株L-苏氨酸产量为2.590 ± 0.115 g/L,质粒上thrA解除反馈抑制后,L-苏氨酸的产量增加到9.223 ± 1.279 g/L。【结论】过表达苏氨酸操纵子基因可以使L-苏氨酸积累,进一步解除thrA基因的反馈抑制,可以增强L-苏氨酸积累的效果,为L-苏氨酸工程菌改造的进一步研究奠定了基础。