谷氨酸棒状杆菌集成细胞网络的构建与结构分析

谷氨酸棒状杆菌是一种重要的传统工业微生物,其基因组学和分子遗传操作工具的快速发展使得谷氨酸棒状杆菌具备了作为新型细胞工厂的潜力。但是,相对于大肠杆菌等模式生物,对于棒杆菌的代谢调控研究较少,特别是目前还缺乏谷氨酸棒状杆菌集成细胞网络的研究,这一现状阻碍了谷氨酸棒状杆菌的系统生物学研究和大规模菌种理性设计优化。文中综合应用公共数据库、文献数据库资源,首次构建了谷氨酸棒状杆菌的集成细胞网络,包含1 384个反应,1 276个代谢物,88个调节子,999对转录调控关系。其转录调控可分为5层,代谢网络呈现出清晰的bow-tie结构。文中还以赖氨酸的生物合成为例,提出了一种提取代谢调控子网络的新方法,这对氨基酸等产品高产生物机制的研究和工程菌株的重新设计具有指导意义。     

木醋杆菌M12静态发酵生产细菌纤维素的动力学模型的建立

对静态发酵生产细菌纤维素的动力学模型进行了研究。初步建立了细菌纤维素静态发酵生产的动力学模型。     

粗糙脉孢菌丝氨酸/苏氨酸激酶家族基因敲除库纤维素酶表达分泌研究

【目的】蛋白磷酸化在丝状真菌细胞对外界纤维素酶诱导信号感应以及信号胞内的传导过程中有着重要的作用,而蛋白磷酸化是由蛋白激酶来完成的。为了挖掘在丝状真菌纤维素酶表达过程中发挥重要作用的激酶基因,对粗糙脉孢菌丝氨酸/苏氨酸家族的61株蛋白激酶单基因突变体的纤维素酶表达分泌情况进行了分析测定。【方法】在以微晶纤维素为唯一碳源的条件下,7株单基因突变体胞外分泌蛋白产量有显著变化,随后,对这7株突变体胞外蛋白进行了详细的SDS-PAGE分析和内切-β-1,4-葡聚糖酶酶活、β-葡萄糖苷酶酶活、外切纤维素酶酶活以及木聚糖酶酶活的测定。【结果】突变株W14、W38、W87和W40胞外分泌蛋白含量提高了30%以上,除了突变株W14外,其它突变体的内切-β-1,4-葡聚糖酶酶活分别显著提高了62%、42%和42%。而突变株W85、W26和W46胞外分泌蛋白含量降低了50%以上,相对应的内切-β-1,4-葡聚糖酶酶活也分别下降了86%、75%和84%。【结论】这些关于粗糙脉孢菌丝氨酸/苏氨酸家族蛋白激酶基因的挖掘,为进一步深入研究蛋白激酶在纤维素酶诱导表达调控中的分子机理奠定了基础。     

压力对酵母菌及其海藻糖生成的影响

酵母菌海藻糖是其在培养条件发生“恶劣”变化时生成的一种应激代谢产物。当压力在0．5．1．0MPa时,酵母菌海藻糖含量为6．5mg／g,较对照提高27％。确定压力提高酵母海藻糖的最适条件为：采用复合培养基,菌体前培养时间20h,压力1．0MPa、加压温度34℃,pH6．0,升降压速度为0．10MPa/min,加压培养3h,此时,酵母海藻糖含量达到11mg／g。     

嗜热脂肪芽孢杆菌与北京棒状杆菌细胞融合初探

对两种不同属间的细菌,嘈热脂肪芽孢杆菌与北京棒状杆菌原生质体的形成,再生及融合进行了研究。初步确定了适应此两种出发菌株的破壁、再生及融合的最佳条件。在此条件下,其破壁率均可达98%以上;LT1菌与LT2菌的再生率分别可达52%与51%;融合率可达2.55×10(?)。试验结果表明,此两种不同属间的细菌细胞融合是完全可能的。10(?)以上的融合率应用于工业遗传育种是完全可行的。     

碳源和氮源对5-酮基-葡萄糖酸生成的影响

氧化葡萄糖杆菌Gluconobacter oxydans可以将葡萄糖氧化成葡萄糖酸,并进一步氧化成2-酮基-葡萄糖酸(2KGA)和5-酮基-葡萄糖酸(5KGA),其中5KGA在催化剂的作用下能够转化为L(+)-酒石酸。为了提高5-酮基-葡萄糖酸产量,以仅生成5KGA的氧化葡萄糖杆菌Gluconobacter oxydans HGI-1为出发菌株,研究不同碳源(蔗糖、乳糖、麦芽糖、淀粉、葡萄糖)和有机氮源(酵母浸粉、鱼粉、玉米浆、黄豆饼粉、棉籽饼粉)对5KGA产量的影响。500 mL摇瓶试验结果表明,当葡萄糖浓度为100 g/L时,5KGA产量最高为98.20 g/L;当有机氮源为酵母浸粉、鱼粉和玉米浆,其添加量的蛋白含量为1.60%时,5KGA产量分别为100.20 g/L、109.10 g/L和99.83 g/L,其中,使用鱼粉的5KGA产量最高,使用玉米浆的5KGA产量比酵母浸粉略低。出于经济考虑,文中选择玉米浆作有机氮源,并在5 L发酵罐中进行分批发酵放大试验,5KGA的产量为93.80 g/L,最大生成速率为3.48 g/(L·h),平均生成速率为1.56 g/(L·h)。结果表明,葡萄糖和玉米浆分别为Gluconobacter oxydans HGI-1规模化生产5KGA的最适碳源和氮源,可利用葡萄糖几乎全部(85.93%)转化为5KGA。     

CRISPR/dCas9干扰bcsD基因表达调控细菌纤维素结构

木葡糖酸醋杆菌(Gluconacetobacter xylinus)是细菌纤维素的主要生产菌株。在该菌中,BcsD是纤维素合酶的亚基之一,参与细菌纤维素的组装过程。利用CRISPR/dCas9系统调控bcsD基因的表达量,获得了一系列bcsD基因表达量不同的木葡糖酸醋杆菌。通过分析细菌纤维素的结构特征发现,细菌纤维素的结晶度和孔隙率随着木葡糖酸醋杆菌中bcsD表达量的变化而发生改变。其中孔隙率的变化范围在59.95%–84.05%之间,结晶度的变化范围在74.26%–93.75%之间,而细菌纤维素的产量并未因bcsD的表达量变化而发生显著下降。结果表明,bcsD的表达量低于55.34%后,细菌纤维素的孔隙率显著上升,并且细菌纤维素的结晶度与bcsD的表达量呈正相关。最终,通过干扰bcsD基因的表达,实现了一步发酵木葡糖酸醋杆菌获得了产量稳定且结构不同的细菌纤维素。     

红曲霉液态发酵生产Monacolin K培养基的优化

利用正交试验设计对红曲霉TQ-57发酵生产Monacolin K的摇瓶发酵培养基进行了初步研究。结果表明:Monacolin K的最适发酵碳源为甘油,最佳添加质量分数为14%,最适氮源为蛋白胨,最佳氮源质量分数为3%,培养基初始pH为6.5,培养周期为8 d,在此条件下Monacolin K产量可达27.75 mg/L。     

ε-聚赖氨酸产生菌TUST-2的分离鉴定

【目的】ε-聚赖氨酸是一种天然氨基酸同聚物,本研究目的为分离筛选新的ε-聚赖氨酸产生菌。【方法】采用一种新的分离方法从土壤中分离ε-PL产生菌。分离方法含3步:(1)富集培养ε-PL耐受菌;(2)通过改进的Nishikawa方法筛选;(3)挑选高浓度ε-PL耐受菌株。【结果】从海南省土样中分离获得ε-聚赖氨酸产生菌TUST-2。分类和形态特征属链霉菌属。16S rDNA序列分析比对结果表明TUST-2属淀粉酶产色链霉菌(Streptomyces diastatochromogenes)。经特征反应分析、水解物分析、红外光谱、1H NMR、13C NMR和MALDI-TOF-MS分析表明TUST-2发酵产物为ε-聚赖氨酸。【结论】根据16S rRNA基因序列比对和形态及生理生化特征表明ε-聚赖氨酸产生菌TUST-2属于淀粉酶产色链霉菌,命名为淀粉酶产色链霉菌TUST-2。