吸水链霉菌ATCC 29253产Hygrocin A发酵条件的优化

【背景】Hygrocins是一种萘安莎抗生素,具有良好的新药开发潜能。但在常见培养基及发酵条件下菌体内Hygrocin A含量一般很低,甚至难以直接进行准确检测。【目的】提高吸水链霉菌ATCC 29253发酵物中Hygrocin A的产量。【方法】采用单因素与正交试验设计优化相结合的方法系统考察碳源、氮源、磷酸盐、MgCl_2浓度、NaCl浓度、种子菌龄等因素对吸水链霉菌ATCC 29253产Hygrocin A能力的影响。【结果】最佳发酵条件为(g/L):葡萄糖4.0,黄豆饼粉8.0,麦芽提取物10.0,K_2HPO_4 1.5,KH_2PO_4 1.5,NaCl 1.5,Mg Cl2 1.0;种子最佳活化时间为48 h;培养参数:摇床转速200 r/min,初始pH为6.8-7.0,瓶装量50 m L/250 m L,接种量5%,30°C培养10 d。在优化条件下,Hygrocin A产量与其原始培养基M10相比提高了500%,Rapamycin产量同时下降了95%。【结论】通过培养基优化,可显著提高吸水链霉菌ATCC 29253中Hygrocin A产量,为Hygrocin A合成应用研究奠定基础,同时可使Rapamycin产量明显下降。这说明可通过选择培养条件有目的地调节两种抗生素的代谢通量,进而开展多种抗生素同时表达的代谢调控研究。     

适用于链霉菌大片段基因组DNA 克隆和异源表达的细菌人工染色体(BAC)载体的构建及应用

【目的】很多链霉菌来源的天然产物的生物合成基因簇往往很大,用传统的cosmid载体很难完整的克隆和异源表达。本研究通过载体改造,成功构建出一个新的细菌人工染色体(BAC)载体,用于链霉菌来源的天然产物生物合成基因簇的克隆及异源表达实验。【方法】从复合型载体pCUGIBAC1出发,通过λRED介导的PCR-targeting方法,用链霉素抗性基因替换掉原有的氯霉素抗性基因标记,同时插入链霉菌中常用的安普拉霉素抗性标记、转移起始位点oriT、φC31整合酶基因int、整合位点attP等元件。【结果】成功构建出可装载链霉菌大片段DNA的BAC载体pMSBBACs。使用pMSBBACs构建出链霉菌U27的基因组BAC文库,平均插入片段大小为100 kb。选取其中一个大小为140 kb的BAC质粒进行功能验证,实验证明通过接合转移和原生质体转化的方法都能够将这个大型BAC质粒导入链霉菌模式菌株,并通过位点特异性重组整合到染色体中进行异源表达。【结论】BAC载体pMSBBACs可成功用于放线菌大片段基因组DNA的克隆和异源表达实验。     

酪蛋白水解物对雷帕霉素产生菌Streptomyces hygroscopicus ATCC29253 接合转移效率的影响

吸水链霉菌(Streptomyces hygroscopicus)ATCC29253能够产生非常丰富的次级代谢产物,除了雷帕霉素外,还可以分泌尼日利亚菌素、洋橄榄叶素、六烯类抗生素等多种具有生物活性的物质,具有重要的研究价值和应用前景。【目的】而建立高效的遗传操作系统是研究该链霉菌相关代谢产物合成机理和构建基因工程菌株的基础。【方法】我们测试了不同培养基及供体菌对吸水链霉菌及其它链霉菌接合转移效率的影响。【结果】我们发现酪蛋白水解物和镁离子能显著提高S.hygroscopicus ATCC29253接合转移效率。通过随机组合试验,筛选出最佳的MgCl2和酪蛋白水解物浓度组合,使得S.hygroscopicus ATCC29253接合转移效率达到1.5×10-4。同时我们还发现酪蛋白水解物可以明显改变S.lividans、S.albus、S.avermitilis的接合转移效率。【结论】本研究首次发现酪蛋白水解物不光对S.hygroscopicus ATCC29253接合转移有作用,对其它常用的链霉菌如S.lividans、S.albus、S.avermitilis等的接合转移效率都有显著的影响。     

“新工科”背景下“代谢工程”课程建设的思考

"代谢工程"是生物工程专业本科生与研究生的专业核心课程,无论是应对新兴产业的"智能制造",还是针对传统发酵工业的升级改造,都能体现其"新工科"的特点。"代谢工程"更注重于培养学生综合运用专业知识来解决实践问题的能力,即合理进行代谢途径与调控网络的设计,实现目的产物的"生物智造"。基于"代谢工程"综合性、时效性、应用性都很强的特点,我们通过明确课程定位、注重经典内容、紧跟学科发展、突出实际应用、强调师生互动等教学方式,不断优化教学体系和教学内容,提出了注重衔接、案例启发、前沿展示、归纳总结等多种教学思路,在教学过程中有效地激发了学生学习兴趣,增强了学生的学习效果,为高层次"新工科"创新人才培养奠定了基础。     

基于前沿热点案例的合成生物学教学模式的探索与实践北大核心CSCD

作为一门理论性与应用性都很强的课程,“合成生物学”对生物工程领域创新性人才培养发挥着至关重要的作用。为此,华中农业大学开设了“合成生物学”课程。首先,以“重基础知识、抓创新实践、追前沿进展”为理念,通过组建高水平的“合成生物学”教学团队,并不断调整优化课程内容,形成了新颖合理的课程体系。其次,在教学过程中,及时将高水平学术期刊及时事热点新闻报道中有关合成生物学的案例引入课堂教学中,丰富了教学内容,提高了学生的学习兴趣。再次,以前沿热点案例为切入点,通过以“学”为中心的授课模式,引导学生深入探讨,提高了学生的思辨思维与创新能力。本课程取得了很好的教学效果,并有效促进了创新型人才培养,在此与同行交流,以期能为“合成生物学”及相关课程的教学改革提供一些新的启发与思考。     

土壤微生物总DNA提取方法的优化

【目的】土壤中未培养微生物约占总量的99%,这就意味着绝大多数微生物资源还未得到开发和利用。本研究通过优化土壤微生物总DNA的提取方法,获得较高质量的DNA,为后期研究土壤微生物的多样性及构建大插入片段的宏基因组文库奠定基础。【方法】通过综合比较已报道的微生物DNA提取方法的优缺点,我们设计出一种新的提取方案。对提取过程中的几个关键步骤进行了优化,包括联合使用SDS-CTAB和溶菌酶一起来破细胞,利用氯仿除蛋白,使用PVPP柱纯化DNA等。比较分析了优化后的方法和3种已报道方法所获得的土壤总DNA的产量、纯度及片段大小。【结果】优化后的方法所获得的土壤DNA质量明显有所提高:每克土壤最高能提取95μg DNA,A260/A280和A260/A230比值更接近理想水平,PCR扩增能够得到明显的目标条带,DNA片段最大能达到100 kb左右。【结论】通过比较分析,最终确立了一种较理想的土壤微生物总DNA提取方法,为更好地开发利用土壤未培养微生物资源提供了有力工具。     

Streptomyces sahachiroi ATCC 33158中孢子色素合成基因簇(sah)的鉴定

【目的】Streptomyces sahachiroi ATCC 33158全基因组测序后,通过生物信息学分析找到一个II型聚酮合酶(polyketide synthase,PKS)基因簇sah。我们通过基因敲除和异源表达的方法对sah的生物学功能进行了研究。【方法和结果】对sah基因簇ORF(open reading frame)进行分析后发现,除了一个额外的氧甲基转移酶基因sahI以外,该基因簇与天蓝色链霉菌中负责孢子色素合成的基因簇whiE具有很高的相似性。将sah中负责后修饰的3个基因sahG、sahH和sahI分别敲除后,发现孢子色素的颜色随之发生明显的变化。将sah-minimal PKS基因和whiE-minimal PKS基因分别导入变铅青链霉菌ZX1中进行异源表达,高效液相色谱及液质联用分析证实它们产生相同的水溶性红色色素物质。【结论】sah与whiE基因簇具有相似的生物学功能,负责链霉菌孢子色素的合成。这两个基因簇所合成的孢子色素具有相同的母核,差别在于sah基因簇中多了一个编码氧甲基转移酶的后修饰基因,这可能是导致两种链霉菌孢子在颜色上有细微差别的原因。     

放线菌基因组大片段克隆载体及异源表达宿主改造的研究进展

大规模基因组测序发现放线菌基因组内包含有极丰富的天然产物合成基因, 是非常有价值的资源。放线菌基因组中负责天然产物合成的基因通常成簇存在。要想完整地克隆这些较大的基因簇并且进行功能研究, 或者通过异源表达激活原本沉默的天然产物合成基因簇, 需要大容量的载体系统和合适的异源宿主。本文重点介绍了放线菌中常用于基因组大片段克隆的载体及异源表达宿主改造的研究进展。