表面展示表达植酸酶的重组酿酒酵母构建及酒精发酵

以淀粉为原料的同步糖化发酵是目前乙醇生产的主要途径之一。然而原料中含有的植酸不仅影响酒精发酵效率,而且也会导致环境中难以被植物吸收的磷含量的增加,加剧环境污染。将来源于大肠杆菌的植酸酶基因与酵母编码α-凝集素C端编码序列连接并置于α-因子分泌信号肽下游,构建植酸酶表面展示表达重组载体pMGK-AG-phy并转化工业酿酒酵母,成功获得了在细胞表面锚定表达植酸酶的重组菌PHY。重组酵母的植酸酶表达水平达到6.4 U/g(菌体湿重),其最适温度为55℃,最适pH 4.0,在pH 3.5–4.5范围内具有较高的活性。以玉米粉为原料的同步糖化发酵实验表明,重组酵母PHY的生长速度高于出发菌株,同时酒精产量相较于出发菌株提高了3.7%。更为重要的是发酵后酒糟中植酸磷含量与对照相比降低了91%。构建的表面展示表达植酸酶的重组工业酿酒酵母能够有效降低植酸含量,提高了酒糟的利用价值,减少磷排放,对燃料酒精的环境友好生产具有重要的借鉴意义。     

肠膜明串珠菌蔗糖磷酸化酶的酶学表征及在催化合成α-熊果苷中的应用

将来源于肠膜明串珠菌Leuconostoc mesenteroides ATCC 12291的蔗糖磷酸化酶(Sucrose phosphorylase,SPase)基因进行密码子优化后将其插入到pET-28a中构建表达载体pET-28a-spase,诱导大肠杆菌Escherichia coli BL21(DE3)/pET-28a-spase表达制得SPase粗酶液,将重组SPase纯化后进行酶学表征。结果表明,重组SPase的比酶活为213.98 U/mg,纯化倍数为1.47倍,酶活回收率达87.80%。该酶最适温度为45℃,最适pH为6.5,该酶对蔗糖的Km为128.8 mmol/L,Vmax为2.167μmol/(mL·min),kcat为39 237.86 min-1,利用重组SPase催化氢醌合成α-熊果苷,最优条件为:氢醌添加量为40 g/L,蔗糖/氢醌的摩尔比为5:1,重组SPase 250 U/mL。在25 mmol/L的吗啉乙磺酸(MES)缓冲液(pH 7.0)中,反应温度30℃,避光反应24 h后终止反应,再用500 U/mL的糖化酶40℃处理2.5 h。α-熊果苷产量达98 g/L,氢醌的转化率接近99%。综上所述,文中克隆并研究了重组SPase,并建立了其在α-熊果苷生产中的应用。     

代谢工程改造热带假丝酵母生产1,2,4-丁三醇

【背景】 1,2,4-丁三醇属于手性多羟基醇,是一种重要的有机合成的化学中间体,以木糖为原料经四步酶反应是目前研究最多的生物合成路线。然而大肠杆菌的鲁棒性较弱,对发酵液中一些抑制剂的耐受性不是很好,同时存在严重的碳代谢抑制。近年来,鲁棒性较好的酵母菌成为更有吸引力的宿主,其中热带假丝酵母具有天然的木糖代谢途径,可以更好地利用木糖。【目的】在热带假丝酵母中构建从木糖到1,2,4-丁三醇的代谢途径。【方法】在热带假丝酵母中敲除木糖还原酶基因GRE3,从而阻断自身的木糖代谢途径。将来源于Caulobacter crescentus的木糖脱氢酶基因(xylB)和木糖酸脱水酶基因(xylD)及来源于Lactococcus lactis的酮酸脱羧酶基因(kdcA)克隆至C. tropicalis 207中,得到重组菌C. tropicalis BT,在此基础上考察重组菌代谢木糖合成1,2,4-丁三醇的能力,确定限速步骤,并通过增加关键基因xylD与kdcA的拷贝数提高1,2,4-丁三醇产量。【结果】在30℃、200 r/min、接种量1%、以30 g/L木糖为底物的情况下,重组菌的1,2,4-丁三醇的产量达到了1.2 g/L,在5 L发酵罐中的产量达到了3.7 g/L。【结论】在热带假丝酵母中实现以木糖为底物的1,2,4-丁三醇代谢途径,并通过在基因组上增加关键基因xylD与kdcA的拷贝数,获得了一株高产1,2,4-丁三醇的重组酵母菌株,这为后续在热带假丝酵母中进一步提高1,2,4-丁三醇产量奠定了基础。     

碱性淀粉酶的发酵生产及其应用研究进展

碱性淀粉酶是诸多碱性酶中的一种,指的是其最适稳定及反应pH值在碱性范围内,在碱性环境中可以保持稳定且可高效催化降解淀粉。碱性淀粉酶在纺织、洗涤剂、医药、食品等领域具有广泛应用。利用嗜碱微生物可以生产碱性淀粉酶。以下综述了碱性淀粉酶的发酵生产及其应用的研究进展。     

代谢工程改造大肠杆菌合成羟基酪醇

羟基酪醇是重要精细化学品,作为天然抗氧化剂被广泛应用于食品、医药领域。利用合成生物学技术生产羟基酪醇具有重要意义。本文克隆并功能鉴定了来源于大肠杆菌Escherichia coli BL21的羟化酶编码基因HpaBC,结果表明该酶的两个亚基均能成功表达并能催化酪醇生成羟基酪醇。通过CRISPR-Cas9技术将由tac启动子调控的HpaBC基因表达盒整合到前期构建的酪醇高产菌株YMG5A*R基因组中,同时删除副产物乙酸的合成途径,获得大肠杆菌代谢工程菌株YMGRD1H1。摇瓶发酵实验结果表明,重组菌株能够直接利用葡萄糖生产羟基酪醇,产量达到1.81 g/L,同时发现几乎没有副产物积累。5 L发酵罐规模的流加补料发酵实验表明,羟基酪醇最高产量达到2.95 g/L,是目前文献报道以葡萄糖从头合成羟基酪醇的最高水平。通过系统改造大肠杆菌,实现了羟基酪醇的大量合成,为进一步构建具有工业应用潜力的羟基酪醇细胞工厂奠定了基础,也为拓展芳香族化合物的微生物制造路线提供了有益的参考。     

分阶段调控关键因素提高白僵菌固态发酵产孢量

采用分阶段调控关键因素策略,对白僵菌固态发酵过程进行优化.优化后最佳发酵模式为:初始含水量为65％,发酵至48 h将含水量调为68％;发酵至20 h和40h分别适当翻料;0～48h(适应期)发酵温度为25℃,48 ～108 h(快速生长期)发酵温度为24℃,108 ～168 h(稳定期)发酵温度为28℃;同时,48 ～108 h按通气比1∶2通气,0～48 h和108 ～168 h不通气.采用上述关键因素调控策略后,白僵菌固态发酵产孢量达18亿孢子/g(干培养基),与优化前相比产孢量提高约360％,效果显著.     

代谢工程改造热带假丝酵母高效合成中链ω-羟基脂肪酸

[目的]ω-羟基脂肪酸(ω-hydroxyfatty acid,ω-HFAs)是一种绿色安全无毒,具有良好生物相容性的理想生物降解材料,广泛应用于化工、食品、药学等方面,微生物发酵法生产ω-羟基脂肪酸具有重要的研究意义和应用前景.[方法]为了得到高产ω-羟基脂肪酸的代谢工程菌株,通过同源重组技术,连续敲除二倍体热带假丝...     

熊蜂生假丝酵母启动子的筛选及强度分析

【背景】熊蜂生假丝酵母(Starmerella bombicola)作为一种非常规假丝酵母菌株,因其具备高产槐糖脂生物表面活性剂的能力而受到广泛关注。然而,由于自身的表达系统并不完善,限制了该菌株的代谢工程改造。【目的】克隆、筛选及鉴定新的系列内源启动子表达元件。【方法】通过对比分析熊蜂生假丝酵母全基因组及9种功能已知目的基因信息,并结合启动子预测网站,筛选获得系列启动子候选序列,以SbGFP (密码子优化后的酵母增强型绿色荧光蛋白)为报告基因进行整合表达,通过绿色荧光蛋白强度及转录水平分析鉴定启动子强度。【结果】在分别以葡萄糖和油酸作为唯一碳源的条件下,启动子PTEF1和PGPD在不同碳源培养条件下均显示出较高的转录水平。启动子PCYP52M1、PUGTA1、PUGTB1及PMOB在以油酸为唯一碳源时具有弱转录活性,而在以葡萄糖为唯一碳源时则未检测到它们具有转录活性,推测它们是油酸诱导型启动子。进一步利用实时荧光定量PCR (RT-qPCR)对SbGFP进行转录水平分析,检测结果与绿色荧光表达水平一致。【结论】获得了系列熊蜂生假丝酵母内源性启动子,进一步丰富了该菌株的表达元件,为菌株的代谢工程改造及基因的表达与调控奠定了理论基础。     

白僵菌对茶小绿叶蝉田间防效的关键影响因素研究

白僵菌孢子萌发率和萌发速度是影响其田间防效的关键因素。通过对球孢白僵菌YP9(CCTCC No:M209238)孢子萌发的关键影响因素进行研究,得到以下田间应用条件:营养物质为2%麸皮浸出液(自然pH);孢子悬浮液喷洒浓度为5×10~7孢子/mL;在气温为23℃~28℃时喷洒。经昆明和无锡两试验地田间防效验证,该白僵菌在上述条件下对茶小绿叶蝉的田间防效高达65%,与茶农常用化学农药——天王星防效相当。     

代谢工程改造酿酒酵母合成柠檬烯及其衍生物

柠檬烯及其衍生物紫苏酸作为重要的生物活性天然产物，广泛应用于食品、化妆品、保健品和医药等行业。然而，低效率的植物提取与高能耗的化工合成限制了柠檬烯和紫苏酸的工业合成。本研究在酿酒酵母中通过过氧化物酶体区室化表达绿薄荷来源的柠檬烯合酶，构建获得重组菌株，柠檬烯产量为0.038 mg/L。采用模块化工程分步表达参与柠檬烯合成的基因ERG10、ERG13、tHMGR、ERG12、ERG8、IDI1、MVD1、ERG20ww以及tLS，以研究其对柠檬烯产量的影响。通过增加前体模块，柠檬烯产量增加至1.14 mg/L。采用高拷贝数的质粒表达上述关键基因，柠檬烯的产量显著提高，达到86.74 mg/L，提高至初始菌株产量的4 337倍。以构建的柠檬烯生产菌株为出发菌株，通过表达丹参来源的细胞色素P450酶基因，实现了紫苏酸的生成，其产量达4.42 mg/L，为利用酿酒酵母构建高产单萜类天然产物的细胞工厂奠定了基础。