生物法生产D-塔格糖的研究进展

D-塔格糖具有多种独特的生理特性与功能,近年来已被发达国家开发作为具有高经济附加值的功能性甜味剂进行销售。D-塔格糖的商业化生产长期以来依赖化学催化法,随着20世纪90年代利用L-阿拉伯糖异构酶(简称L-AI酶)催化D-半乳糖制备D-塔格糖技术的兴起,生物法生产D-塔格糖成为了新的发展趋势。结合笔者所在课题组近年来的研究成果,就D-塔格糖生物法生产工艺的研究现状和前景进行综述与展望。     

多酶组合催化制备L-高苯丙氨酸

【目的】L-高苯丙氨酸(L-HPA)是许多医药化学品的重要中间体,化学合成法生产L-HPA反应复杂、环境污染严重,本研究旨在开发高效环保的L-HPA酶法合成路线。【方法】采用模块化组装的方法,构建了一条以甘氨酸和苯乙醛为底物高产L-HPA的新途径。【结果】首先,根据文献挖掘设计了一条由苏氨酸醛缩酶(TA)、苏氨酸脱氨酶(TD)、苯丙氨酸脱氢酶(PheDH)和甲酸脱氢酶(FDH)组成的多酶组合催化途径,用于L-HPA的合成。其次,根据氨基基团的引入和重构,将L-HPA多酶组合催化途径分为基础单元和扩增单元,基础单元包括TA和TD,扩增单元包括PheDH和FDH。然后,利用不同表达水平的质粒,对基础单元和扩增单元进行蛋白表达的组合调节,获得最优工程菌BL21-C-M1-R-M2,使L-HPA产量达到208.6mg/L。最后,我们对全细胞转化体系进行优化,使L-HPA产量进一步提高到1226.6 mg/L,苯乙醛摩尔转化率为34.2%。【结论】该工艺路线绿色高效,为未来大规模生产L-HPA奠定基础。     

NADPH缺陷型Corynebacterium glutamicum重组菌株的构建及其性能分析

[目的]改造谷氨酸棒杆菌(Corynebacterium glutamicum)中NADPH合成途径,阻断胞内NADPH的合成,获得1株NADPH营养缺陷型菌株。[方法]通过失活L-赖氨酸高产菌C. glutamicum Lys-χ中葡萄糖-6-磷酸脱氢酶(Zwf)和苹果酸酶(MalE)并将NADP~+依赖型异柠檬酸脱氢酶(NADP~+-Icdcg)替换成变形链球菌(Streptococcus mutans)中的NAD~+-Icdsm,阻断胞内NADPH的合成。随后结合辅因子工程,引入大肠杆菌(Escherichia coli)中膜结合吡啶核苷酸转氢酶(PntAB)并通过不同强度启动子控制PntAB的表达水平。最后,分析不同重组菌中胞内氧化还原水平和L-赖氨酸生产强度的变化。[结果]重组菌C.glutamicum Lys-χΔZMI_(Cg)::I_(Sm)(即Lys-x1)胞内检测不到NADPH,为1株NADPH营养缺陷型菌株。该重组菌只在以葡萄糖酸为碳源的基础培养基中生长和积累L-赖氨酸,而以葡萄糖、丙酮酸、α-酮戊二酸和草酰乙酸为碳源时无法生长。此外,表达E.coli中的PntAB可回补重组菌Lys-χ1胞内NADPH的水平,但由于不同强度启动子控制PntAB表达水平不同,重组菌胞内NADPH水平也不同,并影响L-赖氨酸的生产强度。[结论]重组菌Lys-χ1可作为有效的底盘细胞,用于考察不同的NADPH再生策略,获得不同胞内NADPH水平的重组菌株,为进一步阐明NADPH调控微生物细胞生理代谢功能的机制提供研究基础。     

谷氨酸棒杆菌L-天冬氨酸α-脱羧酶在大肠杆菌中的表达及酶转化生产β-丙氨酸

【目的】克隆谷氨酸棒杆菌来源L-天冬氨酸α-脱羧酶基因, 实现其在大肠杆菌中的异源表达, 并进行酶转化L-天冬氨酸合成β-丙氨酸的研究。【方法】PCR扩增谷氨酸棒杆菌L-天冬氨酸α-脱羧酶基因pand, 构建表达载体pET24a(+)-Pand, 转化宿主菌大肠杆菌BL21(DE3), 对重组菌进行诱导表达, 表达产物经DEAE离子交换层析和G-75 分子筛层析纯化后进行酶学性质研究, 然后进行酶转化实验, 说明底物和产物对酶转化的影响。【结果】重组菌SDS-PAGE分析表明Pand表达量可达菌体总蛋白的50%以上, AccQ·Tag法检测酶活达到94.16 U/mL。该重组酶最适反应温度为55 °C, 在低于37 °C时保持较好的稳定性, 最适pH为6.0, 在pH 4.0?7.0范围内有较好的稳定性。酶转化实验说明: 底物L-天冬氨酸和产物β-丙氨酸对转化反应均有抑制作用; 实验建立了较优的酶转化反应方式, 在加酶量为每克天冬氨酸3 000 U时, 以分批加入固体底物L-天冬氨酸的形式, 使100 g/L底物转化率达到97.8%。【结论】重组L-天冬氨酸α-脱羧酶在大肠杆菌中获得高效表达, 研究了酶转化生产β-丙氨酸的影响因素, 为其工业应用奠定了基础。     

动物维生素C的合成能力及其影响因素

维生素C是动物体内不可或缺的微量元素之一,对动物生长发育、代谢及维持正常生理机能具有重要作用。综述了近年来对动物维生素C合成能力及其影响因素的研究进展,为人们了解动物维生素C营养需求提供参考资料。     

利用三阶段葡萄糖添加策略减少乙酸合成并促进重组大肠杆菌生产L-苯丙氨酸

为了降低副产物乙酸的积累和提高L-苯丙氨酸的产量,分别优化了L-苯丙氨酸发酵的初始葡萄糖浓度和葡萄糖的指数流加策略.结果表明,20 g/L的初始葡萄糖浓度可以控制细胞的比生长速率低于临界值0.3 h-1,显著地降低了乙酸的积累,提高了L-苯丙氨酸的产量.采用预设比生长速率μ3* =0.4(h-1)进行葡萄糖的指数流加取得了实际最大比生长速率0.29 h-1,使细胞的比生长速率低于临界值,促进了L-苯丙氨酸的合成,最终获得L-苯丙氨酸的产量达48.45 g/L,比本实验室原有水平提高了37％.     

用P.pastoris表达L-阿拉伯糖异构酶及其酶活性分析

目的:用毕赤酵母表达L-阿拉伯糖异构酶。方法:用PCR法扩增大肠杆菌的L-阿拉伯糖异构酶基因,构建含L-阿拉伯糖异构酶基因的毕赤酵母分泌型表达载体pPIC9K-ai。通过电转法将pPIC9K-ai转化毕赤酵母GS115基因组。先筛选出高G418抗性的克隆,然后再从高拷贝的克隆中筛选出高表达重组L-阿拉伯糖异构酶的重组子作为工程菌GS115(pPIC9K-ai)。结果:在甲醇诱导下,摇瓶发酵GS115(pPIC9K-ai)3d,分泌表达L-阿拉伯糖异构酶32 mg/L。结论:毕赤酵母表达的L-阿拉伯糖异构酶具有转化D-半乳糖为D-塔格糖的生物活性。每升GS115(pPIC9K-ai)发酵液能转化D-半乳糖生成30 mgD-塔格糖。     

放线菌中亮氨酸应答调控蛋白的生物学功能及其调控机理

放线菌是一类革兰氏阳性细菌,可产生氨基酸等初级代谢产物和抗生素等次级代谢产物,其广泛用于食品、医药、添加剂及化妆品行业。此外,还有少数放线菌,如分枝杆菌等,是可以引起人和动植物病害的病原菌。亮氨酸应答调控蛋白(Leucine-responsive regulatory protein,Lrp)是一类在氨基酸代谢及其相关代谢过程中的重要转录调控子,能够应答各种氨基酸,参与调控微生物细胞的多个生理过程,例如氨基酸代谢和转运、中心代谢、细菌的持久性和毒力等。本文总结了放线菌Lrp的生物学功能,并综述了放线菌中不同种属Lrp以及天蓝色链霉菌和红色糖多孢菌Lrp调控机理的研究进展。     

LZTS2 抑癌基因在肿瘤中的作用机制

亮氨酸拉链肿瘤抑制因子2(leucine zipper tumor suppressor 2,Lzts2)是一种新发现的抑癌基因,位于人类染色体10q24.3,在多种肿瘤中异常表达,且对肿瘤的发生、增殖和迁移中均发挥重要作用。LZTS2拥有亮氨酸拉链结构域(LZ),可以通过该结构域结合DNA调节基因转录。LZTS2还可以参与Wnt/β-catenin信号通路调控β-catenin的表达及细胞内分布,与NF-κB亦拥有广泛的相互作用,从而调控细胞增殖和凋亡。在微管系统中,LZTS2也有重要的调节作用,可抑制细胞的有丝分裂和迁移,增加肿瘤细胞的药物敏感性。LZTS2作为新的抑癌基因,与肿瘤的大小和淋巴结转移等生物学特性密切相关,可能成为新的诊断标志物,判断肿瘤的预后,亦可能为肿瘤的基因治疗潜在方向。然而关于LZTS2及其作用机制的研究尚为不足,本文将对LZTS2在肿瘤中的作用机制作简要综述。     

一种新型亮氨酸5-羟化酶NmLEH的异源表达、纯化及酶学性质分析 *

羟基化氨基酸是一种新型氨基酸衍生物,可广泛用作化工材料的前体物及医药合成的中间体。将来源于Nostoc minutum的新型L-亮氨酸5-羟化酶 (NmLEH) 通过重组质粒在大肠杆菌中异源表达。结果表明,在BL21(DE3) 宿主细胞中,诱导温度为25℃,IPTG诱导浓度为0.5mmol/L,诱导10h时,蛋白质表达量最高 (0.45mg/ml);通过Ni-亲和层析和凝胶过滤层析两步分离纯化获得了高度纯化的重组NmLEH蛋白;对NmLEH的酶学性质进行了表征,该酶的最适反应温度为25℃,最适pH 为7.5,在pH 7.0~9.0较为稳定,最适底物为亮氨酸和甲硫氨酸;同源序列分析表明NmLEH属于亚铁和α-酮戊二酸依赖性双加氧酶家族[Fe(II)/αKG-Dos],并预测了该酶的保守催化活性位点(H150、D152、H236);通过同源建模得到了该蛋白质的模拟结构,分析了该蛋白质催化活性中心的形成机制。