核黄素工业菌株高通量筛选方法的建立和应用

枯草芽孢杆菌是主要的核黄素工业生产菌之一,高通量筛选技术是选育获得高产核黄素菌株的关键环节。为实现工业菌种选育与高通量筛选技术相结合,对流式细胞分选、液滴微流控分选和96孔板筛选在核黄素工业菌株筛选中的应用进行了研究,并对96孔板筛选方法进行了优化。在流式细胞分析中,来源于同一株工业菌的低产菌株P1与高产菌株R1的细胞荧光与核黄素产量不成正相关。在液滴微流控分析中,P1和R1的发酵液上清荧光与核黄素产量成正相关,然而液滴分选后活细胞的数量很少。在96孔板筛选实验中,振荡培养后P1和R1的发酵液荧光分别为22 264 a.u.、28 647 a.u.;静置培养后荧光分别为7 095 a.u.、10 189 a.u.,核黄素产量与荧光成正相关,且二者荧光差异显著。利用96孔板静置培养的方法对工业菌株S1的突变体库进行筛选,得到的优选菌株核黄素产量为2.53 g/L,相比S1提高了15%。这些结果表明96孔板静置培养-荧光检测筛选可以应用于核黄素工业生产菌产量的提高。     

枯草芽孢杆菌核黄素操纵子与ribC基因的修饰与遗传效应

[目的]研究核黄素操纵子(rib)组成型高表达,以及ribC基因低水平表达对枯草芽孢杆菌过量合成核黄素的影响.[方法]在染色体原位修饰启动子,用mRNA稳定子替换mRNA前导区,使rib操纵子组成型高表达;修饰ribC基因的启动子,降低ribC基因的表达水平.采用qRT-PCR方法,表征基因的相对表达水平;通过摇瓶发酵,测定重组菌的生物量和核黄素产量,表征相关基因修饰所表现的遗传效应.[结果]用gsiB mRNA稳定子替换核黄素操纵子的mRNA前导区,使其相对表达水平提高了约1 500倍.ribC基因启动子-35区的首个碱基由“T”突变为“C”,使ribC基因的表达水平下降了97％以上.得到的重组菌株LX34在补加蔗糖20 g/L的LB培养基上摇瓶发酵36 h,可积累核黄素2.1 g/L,同时生物量没有明显下降.[结论]使用gsiB mRNA稳定子,能够有效地提高目标基因或操纵子的表达水平;启动子-35区首个碱基的点突变,能够有效降低ribC基因的表达水平;rib操纵子过量表达和ribC基因低水平表达,使细胞能够过量合成并积累核黄素.     

发酵工业菌种的迭代创制

生物发酵是以微生物菌种为生物催化剂,以淀粉糖、生物质等可再生资源为原料发酵生产各种食品、化学品、燃料、材料等物质的生产过程,具有绿色、低碳和可持续等特征。我国拥有全球规模最大的生物发酵产业,尤其氨基酸、维生素等传统发酵产品占全球市场份额的60%–80%。发展生物发酵产业对于我国实现“碳中和、碳达峰”的战略目标和生物经济发展具有重要的意义。微生物工业菌种是生物发酵产业的核心,直接影响原料路线、产品种类和生产成本。创新发酵工业菌种,提升其原料转化利用效率,提高产物生产水平,拓展产品种类,是生物发酵产业高质量发展的关键。近年来,合成生物学、系统生物学等学科的发展,进一步加深了研究者对微生物底盘细胞生理代谢机制的理解,加速了基因编辑等菌种设计创制使能技术的发展,为发酵工业菌种改造提升提供了新动能。本文选取了具有代表性的大宗氨基酸、B族维生素、柠檬酸、燃料乙醇等发酵产业,从其工业微生物底盘的基础研究和技术开发角度,综述发酵工业菌种改造提升的最新进展,并展望人工智能、自动化与生命科学交叉融合将对工业菌种迭代产生的重要影响。