盐单胞菌S62 β-半乳糖苷酶合成低聚半乳糖的研究

以盐单胞菌S62 β-半乳糖苷酶为研究对象,探究其合成低聚半乳糖效率。为了提高低聚半乳糖产率,对反应条件进行了优化,并以反应温度、pH、加酶量、底物浓度为考察对象进行正交试验,得到最优反应条件:反应温度40℃,pH 7.0,加酶量50 U/mL,底物质量浓度300 g/L。反应6 h时可获得最大低聚半乳糖产率(41.91±0.27)%,乳糖消耗率为(82.47±0.38)%。反应4～8 h内低聚半乳糖产率都维持在40%以上,此时乳糖消耗率均在80%以上,在提高乳糖利用率的同时实现了低聚半乳糖的高产,有利于降低生产成本,为低温S62 β-半乳糖苷酶工业化应用奠定了基础。     

重组枯草芽孢杆菌分泌表达缺陷假单胞菌磷酸三酯酶及其发酵优化

磷酸三酯酶(phosphotriesterase, PTE, EC3.1.8.1)能够水解有机磷化合物,但其应用一直受限于酶表达量低的问题.为了获得高效表达的有机磷水解酶,本文构建了PTE基因来源于缺陷假单胞菌(Pseudomonas diminuta)的重组枯草芽孢杆菌(Bacillus subtilis WB600),并采用单因素实验和正交实验对培养基进行优化,确定了重组菌产酶的最佳发酵条件,同时检测重组酶对有机磷类化合物的降解作用.结果表明,最优的培养基组成为蔗糖(40 g/L)、酵母膏(40 g/L)、蛋白胨(20 g/L)、磷酸氢二钾(2 g/L)、硫酸锰(1 g/L)、硫酸镁(6 g/L).经测定,该酶4 h内对(5 mg/mL的甲基对硫磷、乐果以及神经毒剂模拟剂甲基磷酸二甲酯(dimethyl methyl phosphonate, DMMP)的降解率分别达到98%, 92%, 73%,且DMMP在12 h内也完全降解.本文实现了PTE的胞外分泌表达,为研制有机磷化合物的酶基消毒剂提供了技术支持.     

地衣芽胞杆菌FLP/FRT基因编辑系统的构建及验证

地衣芽胞杆菌有效的基因编辑工具有限,为了拓展和丰富其基因编辑手段,在地衣芽胞杆菌中构建一个抗性标记可重复使用的FLP/FRT基因编辑系统,并通过敲除α-淀粉酶基因amyL、蛋白酶基因aprE及敲入外源透明颤菌血红蛋白基因vgb对该系统进行初步验证。首先以温敏质粒pNZT1为载体分别构建amyL和aprE基因敲除质粒pNZTT-AFKF和pNZTT-EFKF,两个敲除质粒各自包含针对目标基因的同源臂、抗性基因及同向的FRT位点;将敲除质粒转化地衣芽胞杆菌并经过两次同源交换过程实现目标基因的敲除;最后导入一个FLP重组酶表达质粒通过FLP/FRT系统的重组作用介导抗性基因的回收。为进一步验证本系统的实用性及编辑效率,构建了包含透明颤菌血红蛋白编码基因vgb表达盒及基因组丙酮酸甲酸裂解酶编码基因pflB敲除盒的重组质粒pNZTK-PFTF-vgb,并以此进行外源基因vgb在基因组上的定向敲入。结果显示,成功敲除amyL及aprE并回收了抗性标记卡那霉素基因,敲除后淀粉酶活和蛋白酶活分别减少95.3%和80.4%;vgb基因成功整合入基因组pflB位点并回收了抗性标记四环素基因,并利用荧光定量PCR技术检测到vgb的整合表达。文中首次建立了一个适用于地衣芽胞杆菌的、抗性标记可重复使用的FLP/FRT基因编辑系统,并进行了基因敲除及基因敲入验证,为地衣芽胞杆菌遗传改造提供了良好的方法参考。     

五株木糖利用酵母的生理代谢特性

摘要:【目的】木质纤维素是地球上最丰富的可再生资源,筛选具有高抗逆和高效利用木糖能力的菌株对纤维素类可再生资源综合利用具有重大意义。【方法】论文以5株利用木糖的酵母,即树干毕赤酵母(Scheffersomyces stipitis,S.stipitis)、Candida tenuis (C.tenuis)、Spathaspora passalidarum (S.passalidarum)、Candida amazonensis(C. amazonensis)和Candida jeffriesii(C. jeffriesii)为研究对象,研究了其对温度、乙醇浓度、渗透压的耐受性,采用杜氏小管实验研究了其对常用碳源和氮源的利用能力,另外通过木糖发酵实验初步研究了被测试酵母在有氧和限氧条件下的木糖发酵性能。【结果】结果表明,S. passalidarum能够耐受44 ℃左右的高温,对多种碳源和氮源具有较强的利用能力,此外,S. passalidarum在有氧与限氧条件下均能快速代谢木糖,限氧条件下乙醇得率达0.43 g/g。C. amazonensis对纤维二糖具有较强发酵能力,代谢木糖产生木糖醇和少量乙醇,同时该酵母耐受温度在42 ℃左右。综合比较,其他酵母在实验过程中没有表现出明显优势。【结论】S. passalidarum 在纤维素工业化应用中是一株良好的生产候选菌株。此外,C. amazonensis具有较强的木糖醇生产能力,有望成为一株优良的木糖醇生产菌株。     

枯草芽孢杆菌L-脯氨酸合成途径中glnA、proB、proA基因功能探究

【目的】从基因水平探究枯草芽孢杆菌渗透压调节因子L-脯氨酸合成途径中glnA、proB、proA基因的功能,通过分子改造实现对代谢途径的人工扰动。【方法】从枯草芽孢杆菌WB600出发,通过向胞内引入一系列基因敲除或过表达,分别构建了proB和proA基因过表达的重组菌WB601和WB602、glnA基因缺失的重组菌WB603以及在此基础之上过表达proB基因的重组菌WB604。借助菌株胞外和胞内游离脯氨酸积累的表型分析影响途径的关键节点。【结果】在非胁迫条件下,重组菌WB601和WB602胞外脯氨酸含量分别是原始菌的2.21倍和2.82倍,单位细胞胞外脯氨酸得率分别是原始菌的4.09倍和9.80倍,胞内游离脯氨酸含量分别是原始菌的1.91倍和3.34倍;重组菌WB603胞外脯氨酸含量上升至1221.43 mg/L,是原始菌的6.28倍,单位细胞胞外和胞内游离脯氨酸得率分别为原始菌的9.13倍和3.66倍;而重组菌WB604胞外脯氨酸含量最高达1391.65 mg/L,相比菌株WB603,其胞外脯氨酸含量及单位细胞得率分别提高了13.94%和14.10%,且胞内游离脯氨酸含量提高了32.60%。在5%Na Cl胁迫条件下,重组菌WB601和WB602的胞外脯氨酸含量分别是原始菌的1.94倍和1.54倍,单位细胞胞外脯氨酸得率分别是原始菌的2.15倍和2.19倍;重组菌WB603胞外脯氨酸含量及其单位细胞得率分别是原始菌的4.16倍和7.29倍;相同条件下,相比于重组菌WB603,重组菌WB604的胞外脯氨酸含量及其单位细胞得率分别提高了32.61%和5.54%。此外,实验组菌株的胞内游离脯氨酸含量均高于非胁迫时,并达到相对平衡状态。【结论】proB和proA基因的过表达均能显著提升细胞合成脯氨酸的能力,并且能增强细胞的耐盐性;glnA基因的缺失能增强脯氨酸合成途径,提高脯氨酸的积累;两种效应的正向叠加可进一步提升细胞脯氨酸合成能力。     

大肠杆菌MetD运输系统缺失对蛋氨酸积累的影响

【目的】构建MetD运输系统缺失突变株,研究该运输系统功能缺失对Escherichia coli W3110蛋氨酸吸收和积累的影响。【方法】通过RT-qPCR比较MetJ阻遏调控解除菌株和野生株E.coli metNIQ表达量的变化,并分析蛋氨酸吸收速度的变化;利用Red同源重组系统分别敲除metNIQ基因簇、metN、metI和metQ,构建MetD运输功能缺失的突变株,研究蛋氨酸吸收速度的变化及对蛋氨酸积累的影响。【结果】MetJ阻遏调控解除后,metNIQ的表达量和蛋氨酸吸收速度显著增加。通过敲除E.coli W3110和Me05的metNIQ,MetD运输系统缺失导致蛋氨酸吸收速度下降。另外,分别敲除用于产蛋氨酸基座菌株Me06的metNIQ基因簇、metN、metI和metQ。生长曲线和摇瓶发酵结果表明,metI的敲除促进菌体的生长和蛋氨酸的合成,蛋氨酸的产量从0.39 g/L提高到0.45 g/L,提高了15.4%,蛋氨酸产率从0.14 g/g DCW提高到0.15 g/g DCW。【结论】E.coli MetD功能的缺失能够降低蛋氨酸的吸收速度,敲除metNIQ基因簇上的metI能够提高蛋氨酸产量。     

黑曲霉阿魏酸酯酶在毕赤酵母中的组成型表达

【目的】实现黑曲霉来源的阿魏酸酯酶在毕赤酵母(Pichia pastoris GS115)中的组成型表达。【方法】以黑曲霉(Aspergillus niger)基因组为模板,经重叠延伸PCR扩增得到阿魏酸酯酶基因(AnfaeA),将其与载体pGAP9K相连,构建重组表达载体p GAP9KAnfae A,经SalI线性化后电转入毕赤酵母GS115中,得到重组菌株。高效液相色谱法测定发酵液中阿魏酸酯酶活力,并对重组菌进行了发酵优化。【结果】克隆得到783 bp的阿魏酸酯酶编码基因并实现了其在毕赤酵母中的组成型表达。重组菌发酵84 h后,上清液中酶活达5.72±0.10 U/m L。重组酶(reAnfaeA)经分离纯化后比酶活为59.75 U/mg,大小约为40 k D。发酵优化结果为:葡萄糖40.0 g/L,蛋白胨10.0 g/L,酵母膏30.0 g/L,CaCO_3 0.2 g/L,种龄28 h,接种量3%(体积比),装液量50 m L/250 m L。在此条件下发酵培养,酶活达15.60±0.23 U/m L。【结论】阿魏酸酯酶在毕赤酵母中的组成型表达,对研究毕赤酵母组成型表达系统和阿魏酸酯酶的发酵生产具有一定的借鉴意义。     

大肠杆菌TdcC、SstT和LIV-1系统缺失对胞外L-苏氨酸积累的影响

【目的】比较分析苏氨酸吸收系统TdcC、SstT和LIV-1缺失对大肠杆菌吸收和积累胞外苏氨酸的影响。【方法】从菌株E.coli W3110出发,敲除tdcC、sst T和liv J基因,构建Tdc C、SstT和LIV-1系统单缺失和多缺失菌株,将过量表达苏氨酸操纵子基因的重组质粒pKKthr AC1034TBC分别转入原始菌和重组菌,考察各菌株吸收和积累胞外苏氨酸的能力。【结果】敲除tdc C和sst T基因的重组菌T04的苏氨酸吸收能力比原始菌W3110降低了43.28%,T04(pKKthr AC1034TBC)胞外苏氨酸积累量最高达到1.09 g/L,比对照菌W3110(pKKthr AC1034TBC)高出172.5%。敲除tdcC、sstT和livJ基因的重组菌T07的苏氨酸吸收能力比T04降低了12.97%,然而T07(pKKthr AC1034TBC)胞外苏氨酸积累量最大为0.63 g/L,与T04(pKKthr AC1034TBC)相比降低了42.2%。【结论】阻断Tdc C和Sst T系统,能有效降低大肠杆菌吸收苏氨酸的能力,提高苏氨酸的胞外积累量。阻断LIV-1系统,虽然能减少大肠杆菌对苏氨酸的吸收,却不利于菌株积累胞外苏氨酸。     

细菌麦芽糖淀粉酶在枯草芽孢杆菌中的诱导型异源表达

【目的】实现地衣芽孢杆菌麦芽糖淀粉酶在枯草芽孢杆菌中的高效异源表达,并研究该重组酶的酶学性质。【方法】克隆巨大芽孢杆菌木糖异构酶基因的启动子区域及其调控蛋白,构建一个大肠杆菌/芽孢杆菌穿梭型诱导表达质粒,使用该诱导型启动子介导麦芽糖淀粉酶编码基因,实现其在枯草芽孢杆菌中的功能表达。对重组枯草芽孢杆菌的诱导条件进行优化,提高麦芽糖淀粉酶的产量。【结果】获得了诱导表达麦芽糖淀粉酶基因的重组枯草芽孢杆菌菌株。最适诱导温度为45°C,最适诱导剂添加浓度为1%,最适添加诱导剂时间为接种培养9 h后。重组酶蛋白分子量大小为67 k D,对该酶的酶学性质研究发现,以可溶性淀粉为底物,反应生成麦芽糖和葡萄糖,其中麦芽糖含量为60.42%。重组酶最适作用温度为45°C,最适作用p H为6.5,Ca2+、Co2+、EDTA对该重组麦芽糖淀粉酶具有激活作用。【结论】通过木糖诱导表达系统可以实现麦芽糖淀粉酶在枯草芽孢杆菌中的高效诱导型表达,酶活最高可达296.64 U/m L发酵液,在工业上有着较好的应用前景。     

Candida amazonensis FLP/FRT基因敲除系统的构建及初步验证

【目的】构建一个适用于Candida amazonensis抗性标记可重复使用的FLP/FRT基因敲除系统,并通过敲除C.amazonensis的丙酮酸脱羧酶基因(Pyruvate decarboxylase,PDC)对该系统进行初步验证。【方法】以gfpm(绿色荧光蛋白基因)为报告基因,通过添加相应诱导剂评估Spathaspora passalidarum来源启动子(SpXYLp、SpMAL6p、SpMAL1p、SpGAL1p)和Saccharomyces cerevisiae来源Sc GAL1p启动子在C.amazonensis中的诱导调控性能。选择严格诱导型启动子调控FLP重组酶的表达,并在FLP表达盒和潮霉素(Hygromycin B)抗性标记基因(hphm)两端添加同向重复的FRT位点,以PDC基因作为靶基因构建敲除盒PRFg HRP,转化宿主菌C.amazonensis CBS 12363,筛选得到阳性转化子后,通过添加诱导剂,表达FLP重组酶,实现FRT位点间片段切除。【结果】诱导调控实验表明启动子SpGAL1p(受半乳糖诱导)和SpMAL1p(受麦芽糖诱导)是适用于C.amazonensis的严格诱导型启动子。以SpGAL1p调控FLP基因表达,构建的敲除盒PRFg HRP成功转化宿主菌,获得阳性转化子C.amazonensis PDC01,通过添加半乳糖诱导,成功切除基因组中FLP表达盒和抗性标记盒,获得突变株C.amazonensis PDC02。【结论】首次建立了一个适用于C.amazonensis抗性标记可重复使用的FLP/FRT基因敲除系统,并利用该系统成功敲除了C.amazonensis内的PDC基因,为进一步利用代谢工程改造C.amazonensis酵母奠定了良好基础。