烟酸转磷酸核糖激酶和丙酮酸羧化酶共表达对大肠杆菌BA002产丁二酸的影响

大肠杆菌BA002是敲除了乳酸脱氢酶的编码基因 (ldhA) 和丙酮酸-甲酸裂解酶的编码基因 (pflB) 的工程菌。厌氧条件下NADH不能及时再生为NAD+,引起胞内辅酶NAD(H)的不平衡,最终导致厌氧条件下菌株不能利用葡萄糖生长代谢。pncB是烟酸转磷酸核糖激酶 (NAPRTase) 的编码基因,通过过量表达pncB基因能够提高NAD(H)总量与维持合适的NADH/NAD+,从而恢复了厌氧条件下重组菌E. coli BA014 (BA002/pTrc99a-pncB) 的生长和产丁二酸的性能。然而,BA014在厌氧发酵过程中有大量丙酮酸积累,为进一步提高菌株的丁二酸生产能力,减少副产物丙酮酸的生成,共表达NAPRTase和来自于乳酸乳球菌 NZ9000中丙酮酸羧化酶 (PYC) 的编码基因pyc,构建了重组菌E. coli BA016 (BA002/pTrc99a-pncB-pyc)。3 L发酵罐结果表明,BA016发酵112 h后,共消耗了35.00 g/L的葡萄糖。发酵结束时,菌体OD600为4.64,产生了25.09 g/L丁二酸。通过共表达pncB和pyc基因,使BA016的丙酮酸积累进一步降低,丁二酸产量进一步提高。     

基于CRISPR/Cas系统的多重基因编辑与调控技术

规律成簇的间隔短回文重复序列(clustered regularly interspaced short palindromic repeats, CRISPR)及其相关Cas蛋白所构建的CRISPR/Cas系统是古细菌或细菌中特有的一种获得性免疫系统。研究人员将其开发成基因编辑工具之后,凭借其高效、精准和通用性强等优点迅速成为合成生物学领域的热门研究方向,在生命科学、生物工程技术、食品科学及农作物育种等多个领域引发了革命性的影响。目前基于CRISPR/Cas系统单基因编辑与调控技术日益完善,但在多重基因编辑和调控方面仍存在挑战。本文聚焦基于CRISPR/Cas系统的多重基因编辑与调控技术开发及应用,针对单个细胞内实现多位点基因编辑或调控和细胞群体内实现多位点基因编辑或调控技术,依据作用原理对其进行了系统总结和阐述,包括基于CRISPR/Cas系统的双链断裂、单链断裂以及多重基因调控技术等。这些工作丰富了多重基因编辑与调控的工具,为CRISPR/Cas系统在多领域的应用作出了贡献。     

大肠杆菌AFP111菌体回收连续转化生产丁二酸

在利用大肠杆菌AFP111厌氧发酵生产丁二酸过程中,随着产物丁二酸的不断积累,菌体活力和产酸能力逐渐降低,而通过回收菌体在新鲜培养基中重复发酵,可延长厌氧发酵时间,但是丁二酸生产效率较低。为了提高菌体回收丁二酸的转化效率,通过在回收菌体时有氧诱导 3 h,以纯水为培养基,进行丁二酸转化发酵。在连续进行 3 批次的发酵后,丁二酸的总产量和最终收率分别为 56.50 g/L和90%,生产速率达到了 0.81 g/(L·h),比未诱导情况下的生产速率提高了13%。     

进化代谢选育高渗透压耐受型产琥珀酸大肠杆菌

在以碳酸钠为酸中和剂的大肠杆菌两阶段发酵产琥珀酸的过程中,由于Na+的积累造成发酵体系中渗透压的提高,严重抑制了琥珀酸的产物浓度。为了增强大肠杆菌对渗透压的耐受性,考察了利用进化代谢方法筛选高渗透压耐受型高产琥珀酸大肠杆菌菌株的可行性。进化代谢系统作为一种菌株突变装置,可以使菌体在连续培养条件下以最大的生长速率生长。以NaCl为渗透压调节剂,通过在连续培养装置中逐步提高NaCl浓度使菌体在高渗透压条件下快速生长,最终得到了一株高渗透压耐受型琥珀酸生产菌株Escherichia coli XB4。以碳酸钠为酸中和剂,在7 L发酵罐中利用Escherichia coli XB4进行两阶段发酵,厌氧培养60 h后,琥珀酸产量达到了69.5 g/L,琥珀酸生产速率达到了1.81 g/(L.h),分别比出发菌株提高了18.6%和20%。     

过量表达苹果酸脱氢酶对大肠杆菌NZN111产丁二酸的影响

大肠杆菌NZN111是敲除了乳酸脱氢酶的编码基因 (ldhA) 和丙酮酸-甲酸裂解酶的编码基因 (pflB) 的工程菌,厌氧条件下由于辅酶NAD(H) 的不平衡导致其丧失了代谢葡萄糖的能力。构建了苹果酸脱氢酶的重组菌大肠杆菌NZN111/pTrc99a-mdh,在厌氧摇瓶发酵过程中通过0.3 mmol/L的IPTG诱导后重组菌的苹果酸脱氢酶 (Malate dehydrogenase,MDH) 酶活较出发菌株提高了14.8倍,NADH/NAD+的比例从0.64下降到0.26,同时NAD+和NADH浓度分别     

敲除富马酸酶基因对E.coli厌氧混合酸发酵的影响

基于基因工程菌生产丁二酸代谢途径,以E.coli BA001(△ldh,△pfl)为出发菌株,利用RED同源重组技术敲除了富马酸酶基因fumB,得到重组菌E.coli BA002(△ldh,△pfl,△fum),通过减少苹果酸生成富马酸的通量,实现苹果酸的积累.实验结果表明:对比E.coli BA001,敲除富马酸酶基因会较大程度地改变丁二酸、乙酸等的分布,在两阶段和专一性厌氧发酵中,丁二酸产率由81％、63％分别下降为76％、54％,E.coli BA002中乙酸有较大幅度的增加,而苹果酸的产量为0.25 g/L;通过外源添加1g/L的苹果酸,发现丁二酸和乙酸的产量进一步增加.实验实现了富马酸酶基因的敲除:一方面使得乙酸产量明显增加,另一方面厌氧主导酶FumB的敲除不能完全阻断厌氧发酵苹果酸到富马酸途径.     

共表达烟酸转磷酸核糖激酶和丙酮酸羧化酶对大肠杆菌NZN111产丁二酸的影响

构建了共表达烟酸转磷酸核糖激酶(NAPRTase)和丙酮酸羧化酶(PYC)的重组质粒pTrc99a-pncB-pyc,并考察了重组菌E.coli NZN111/pTrc99a-pncB-pyc生产丁二酸的能力。结果表明:重组菌NZN111/pTrc99a-pncB-pyc的NAPRTase和PYC的比酶活达到最高,分别为20.75和1.04 U/mg,同时,辅酶NADH、NAD+及NAD(H)总量达到最高。厌氧摇瓶发酵结果:48 h能够消耗17.5 g/L的葡萄糖生成14.08 g/L的丁二酸,而丙酮酸的产量大幅度降低,仅为0.11 g/L。本研究为基因工程菌大肠杆菌厌氧条件下发酵生产丁二酸提供了一定的基础。     

微生物发酵生产丁二酸研究进展

丁二酸是微生物三羧酸循环中重要的代谢中间产物,广泛用于生物高分子、食品与医药等行业,市场潜在需求量巨大。文中从3个方面归纳了国内外生物基丁二酸研究进展：能够过量积累丁二酸的微生物的发现和筛选,产丁二酸工程菌构建中所采用的基因工程策略及代谢工程技术,丁二酸发酵过程控制与优化。最后,讨论了微生物法生产丁二酸今后的研究方向。     

常压室温等离子体诱变高效利用木糖产丁二酸菌株

大肠杆菌Escherichia coli AFP111是E. coli NZN111 (△pflAB△ldhA) 的ptsG自发突变株,其转化1 mol的木糖合成丁二酸的过程中净产生1.67 mol ATP,但是转化1 mol的木糖合成丁二酸的过程中实际需要2.67 mol ATP,因此在厌氧条件下,ATP的供给不足导致E. coli AFP111不能代谢木糖。采用常压室温等离子体射流诱变产丁二酸大肠杆菌菌株,在厌氧条件下,利用以木糖为碳源的M9培养基,筛选得到一株可以代谢木糖并积累丁二酸的突变株DC111。该突变菌株在发酵培养基中,72 h内可以消耗10.52 g/L木糖产6.46 g/L的丁二酸,丁二酸的得率达到了0.78 mol/mol。而且突变株中伴有ATP产生的磷酸烯醇式丙酮酸羧激酶 (PCK) 途径得到加强,PCK的比酶活相对于出发菌株提高了19.33倍,使得其在厌氧条件下能够有足够的ATP供给来代谢木糖发酵产丁二酸。