氧化葡萄糖酸杆菌中硫辛酸合成模块对维生素C一步混菌发酵的影响

在由氧化葡萄糖酸杆菌和普通生酮古龙酸杆菌构建的维生素C两菌一步发酵体系中,为了强化氧化葡萄糖酸杆菌对普通生酮古龙酸杆菌生长和产酸的促进作用,文中在氧化葡萄糖酸杆菌中构建硫辛酸合成功能模块。由含硫辛酸功能模块的氧化葡萄糖酸杆菌和普通生酮古龙酸杆菌组成的两菌一步体系,能减轻普通生酮古龙酸杆菌单菌培养时的生长抑制,强化两菌的互作关系,使维生素C前体(2-酮基-L-古龙酸,2-KGA)的产量提高到73.34 g/L(对照组为59.09 g/L),醇酸转化率提高到86.0%。研究结果为进一步优化维生素C两菌一步发酵体系提供了新思路。     

山梨酮脱氢酶模块与酮古龙酸杆菌底盘细胞的适配分析

酮古龙酸杆菌Ketogulonigenium vulgare是维生素C二步混菌发酵过程中的产酸菌。山梨酮脱氢酶(L-sorbosone dehydrogenase,缩写为SNDH)作为维生素C直接前体2-酮基-L-古龙酸(2-KGA)合成的关键酶,其作用机制并不十分清楚。借助全基因组测序抽提2个山梨酮脱氢酶基因,分别位于基因组(缩写为sndhg)和质粒(缩写为sndhp)上。通过工程化改造技术在工业产酸菌中构建山梨酮脱氢酶功能模块,比较其对2-KGA产量的影响。研究发现sndhg过表达对菌株产酸影响不明显,sndhp过表达使菌株明显产生副产物。将sndhg和sndhp分别配合辅因子PQQ合成基因pqq A,分别构建sndhg-pqq A和sndhp-pqq A模块,得到的工程菌株产酸情况与之前的结果大致相同。将4株K.vulgare工程菌株分别与内生芽孢杆菌Bacillus endophyticus混合培养传代50 d后,分离菌株进行混菌发酵,其2-KGA的转化率分别提高了15.4%、179%、0.65%和125%。表明混菌适应性进化策略是一种增加功能模块与底盘细胞适配性,进而快速获得优良性状菌种的有效方法。     

石油烃生物降解过程的研究进展

石油烃污染物属于难降解混合物,生物修复已经成为石油烃污染环境的主要修复方法。文中简述了微生物对石油烃的间期适应过程和转运过程,并通过对部分典型石油烃成分的微生物降解机理和代谢路径的梳理和综述,阐释了石油烃生物降解过程中的菌株、基因、代谢路径等研究进展。此外,利用基因工程和代谢工程等手段,可对野生型石油烃降解菌进行改造,进一步提升其对石油烃污染环境的生物修复能力。最后,从石油烃降解菌的代谢途径改造、人工混菌体系的设计构建等角度,结合合成生物学和代谢工程的手段,提出了对石油烃降解的研究展望,以期提升对石油烃污染物的生物修复效果。     

谷胱甘肽对VC一步发酵作用的研究

谷胱甘肽（GSH）能有效促进酮古龙酸杆菌的生长。就GSH对氧化葡萄糖酸杆菌和酮古龙酸杆菌一步混菌发酵的作用进行了探索,为进一步阐明维生素C一步发酵过程中氧化葡萄糖酸杆菌和酮古龙酸杆菌的关系并提供发酵工艺优化的依据。研究发现,在5L的发酵罐中,外加1mg/ml的GSH对混菌的发酵有着显著的促进作用,2-酮-L-古龙酸（2-KGA）产量提高了22.8%。通过16S rDNA荧光定量PCR法测菌数,发现GSH的添加使酮古龙酸杆菌的生长提高到148%,但抑制氧化葡萄糖酸杆菌的生长,使其生物量下降到61%。运用代谢组学方法分析发现,GSH能促进酮古龙酸杆菌的磷酸戊糖、三羧酸循环、硫酸盐等代谢,同时减缓氧化葡萄糖酸杆菌对L-山梨糖的消耗,以促进整个混菌体系的发酵效率。     

7-脱氢胆甾醇合成功能模块与底盘细胞的适配性

利用合成生物技术生产7-脱氢胆甾醇的挑战性在于获得合成功能模块与底盘细胞的适配关系。从更换不同调控强度的启动子和不同改造的酵母底盘两方面,对二者的适配性进行研究,以增加7-脱氢胆甾醇产量:过表达酵母固醇合成途径中的内源基因tHMGR和ERG1,敲除非必需基因ERG6和ERG5以抑制酵母固醇向麦角固醇的转化,得到改造后的酵母底盘SyBE_000956;利用由强到弱依次为TDH3p、PGK1p和TDH1p的启动子,引入人源C-24还原酶基因DHCR24,构建3种强度的外源功能模块,并分别导入3种底盘中,得到9种人工合成细胞。结果表明,TDH3p调控的功能模块与底盘细胞SyBE_000956具备较好的适配性,实现7-脱氢胆甾醇产量的提高。为后续的适配性研究提供了理性设计的依据。     

紫杉二烯人工酵母的代谢组学分析

为了更深入地从代谢角度研究萜类合成人工酵母的内在差异,以紫杉二烯人工酵母为例,利用代谢组学的方法对其发酵指数中期胞内代谢物的变化进行了测定。结果表明,与对照菌W303-1A相比,紫杉二烯的生产会对胞内糖酵解、三羧酸循环中间物及一些氨基酸的含量产生不同程度的影响,进而对其生长产生一定抑制作用。其中柠檬酸因紫杉二烯功能模块的引入下降明显,降幅达90%以上,因此可以作为后续功能酵母研究的标志性代谢物。紫杉二烯人工酵母细胞代谢组的研究可以为萜类化合物异源合成的优化提供更多的信息和帮助。     

VC三菌种一步发酵方法的构建与研究

就维生素C微生物一步发酵方法进行了探索,构建了酮古龙酸杆菌、氧化葡萄糖酸杆菌和芽孢杆菌三菌混菌一步发酵的方法。研究发现,植物内生芽孢杆菌可以与酮古龙酸杆菌配合,促进酮古龙酸杆菌生长和产酸。在有山梨醇存在的条件下酮古龙酸杆菌及其伴生菌能够快速地生长增殖,植物内生芽孢杆菌在发酵的10h中不断消耗山梨醇。5L的发酵罐中,酮古龙酸杆菌、氧化葡萄糖酸杆菌和植物内生芽孢杆菌三菌混菌一步发酵在恒定的30℃温度,600r/min搅拌速度和1.5vvm通气条件下,补料发酵过程中醇酸质量转化率达到了81.89%,在分批发酵过程中,醇酸质量转化率达到了87.90%,进一步优化了维生素C生产工艺。