淀粉液化芽孢杆菌β1-1,3-1,4-葡聚糖酶基因的克隆及表达

为了比较不同的表达系统对β-1,3-1,4-葡聚糖酶基因(bgl)的效果,本研究将高产β-1,3-1,4-葡聚糖酶的淀粉液化芽孢杆菌Bacillus amyloliquefaciens BS5582的bgl基因(GenBank Accession No.EU623974)克隆到3种不同的质粒载体中,即构建pEGX-4T-1-bgl、pET20b(+)-bgl和pET28a(+)-bgl重组质粒.比较了pEGX-4T-1-bgl,在不同Escherichia coli宿主中表达效果,以及pET20b(+)-bgl和pET28a(+)-bgl在E coli BL21(DE3)中的表达效果.结果表明,E. coli BL21(DE3)-pET28a(+)-bgl能够表达最高的重组β-1,3-1,4-葡聚糖酶酶活,其总酶活可达(322.0±8.8)U/mL,是出发菌在最适摇瓶发酵条件下产酶活的40.1%.对该重组菌的产酶条件进行了分析,结合IPTG和乳糖协同的诱导作用,在基础产酶培养基中产最高总酶活为(1883.3±45.8)U/mL,表明其具有良好的工业应用价值.     

固定化糖苷酶在糖苷类化合物合成中的应用

糖苷类化合物在医药、食品、表面活性剂和化妆品等领域应用广泛,通过糖苷酶催化糖苷类化合物合成具有原料成本低、反应条件温和等优点。糖苷酶催化过程可分为逆水解反应和转糖苷反应两大类,但反应体系中的水会限制反应的进行,而适当降低体系中的水活度可以有效提高糖苷酶的催化效率。但游离的糖苷酶在低水活度时容易失活,限制了糖苷酶在低水环境下的应用。固定化酶技术通过载体和酶的相互结合能够有效提高酶结构的稳定性,使得糖苷酶能够在低水环境下甚至有机溶剂体系中保持酶活,从而实现糖苷酶在低水活度环境下的应用,提升糖苷合成效率。从糖苷酶催化性质出发,文中归纳了近30年来糖苷酶固定化的相关研究,其中包括单一或综合的固定化技术,以及近些年发展的结合基因工程的固定化技术,为糖苷酶的固定化及糖苷合成提供了可借鉴的思路和方法。     

环境胁迫诱导的细胞适应性突变

细胞具有普遍的突变和进化能力, 如病原菌的抗药性、工业菌株的适应性和人体细胞的癌变等, 但是细胞的适应性突变是如何产生的呢？通过非致死性突变分析模型的建立与应用, 产生了新的适应性进化观点, 即环境胁迫诱导细胞适应性突变。这种环境诱导的细胞突变过程涉及多方面的生理调控, 包括细胞内毒性物质(如氧活性物质)积累并造成DNA损伤、DNA错配修复的活性受到抑制、胞内RpoS反应和SOS反应被激活等。这些反应使胞内高保真的DNA复制状态转变为低保真的DNA修复状态, 提高胞内突变率和重组活性。此外, 基因转录影响基因组的不稳定, 容易产生DNA损伤, 并造成局部的高突变率, 即形成了转录偶联的DNA修复与突变为基础的适应性突变观点。文章围绕环境胁迫诱导细胞突变率增加和转录偶联的DNA修复与突变这两种适应性突变分子机制, 阐述其相关的研究进展, 以期更好地理解环境条件诱导细胞发生适应性突变的过程。     

葡萄糖基转移酶在α-葡萄糖基化丁香酚生物合成中的应用

丁香酚因具有抑菌、抗肿瘤、廉价易得等特性,被广泛应用于医药、香料及调味剂等领域。但因其不稳定、易升华、水溶性差等缺点,限制了它的进一步应用。糖基化修饰可显著提高丁香酚的应用特性,本研究利用重组大肠杆菌E.coli BL21(DE3)p ET28a-agl A高效表达的源自野油菜黄单胞菌的葡萄糖基转移酶,生物催化丁香酚生成α-葡萄糖基化丁香酚(α-EG)。同时对其生物合成中酶催化反应性质进行了研究。结果表明其最适反应条件:pH=8.5,温度为35℃,丁香酚与麦芽糖最适浓度分别为60 mmol/L及1.2 mol/L。该酶在pH 6~8及4℃~30℃内能保持较好的稳定性。1 mmol/L金属离子Cu~(2+)能强烈抑制糖基转移酶活性,而1 mmol/L金属离子Fe~(2+)对酶的催化反应有显著的促进作用。采用最优催化条件,反应100 min,α-葡萄糖基化丁香酚(α-EG)的转化率为75%。     

Rep-PCR应用于快速鉴定啤酒污染菌的研究

为评价rep-PCR在快速鉴定啤酒污染菌中的应用,首先比较了DNA提取方法,确定CTAB法作为制备rep-PCR的DNA模板的方法。并通过PCR产物直接测序的方法,从分离菌中鉴定得到11种常见的啤酒污染菌。用BOXA1R和(GTG)_5引物扩增分离菌,采用Gel ComparⅡ软件处理电泳图,构建污染菌的标准指纹图库。经过聚类分析表明,BOXA1R和(GTG)5对Lactobacillusbrevis、L.buchneri、L.casei/paracasei、L.plantarum和L.fermentum的聚类效果具有互补性,并首次提出指纹比对快速鉴定的相似系数阈值的概念。对来自三个不同来源的9株乳酸菌的快速鉴定结果表明,rep-PCR鉴定技术简单、快速、可靠,在快速鉴定方面将具有重要的应用价值。     

啤酒腐败菌的酒花抗性

酒花苦味物质具有抗菌活性,能抑制多种细菌生长。未解离的苦味物质作为一个离子载体,驱散细胞跨膜pH梯度(ΔpH),影响细胞吸收营养物质,使细胞因饥饿而死亡。小部分乳酸菌具有酒花抗性,使其能在啤酒中生长。这种酒花抗性是菌株特异性的,并需要诱导产生。研究表明它与多种抗性机制有关,如细胞壁成分、多个膜上运输载体。已有数个与酒花抗性相关的基因被报道,并用它们可作为PCR快速检测啤酒腐败菌的跨种基因标记。     

工业微生物基因组编辑技术的研究进展

近年来,基因组范围的高效编辑技术发展迅速,对工业微生物基因组的改造效率不断提升,彻底改变了以"一次操作、一个抗性基因、一个修饰位点"为特征的传统遗传操作模式,实现了基因组上多重位点的同步编辑,精确高效且无需抗生素辅助的插入替换或删除,以及大片段基因组DNA的剪切-粘贴等。这些技术的应用,能够高效构建优良性能的生产菌株,必将推动传统发酵产业的革新,促进以新能源和新材料为基础的新型工业生物技术的发展。本文针对这些新技术的原理和特点,结合一些典型应用实例,进行分析和总结,希望能为工业微生物的改造与构建提供参考与借鉴。     

淀粉液化芽孢杆菌b-1,3-1,4-葡聚糖酶基因的克隆及表达的优化

为了比较不同的表达系统对β-1,3-1,4-葡聚糖酶基因(bgl)的效果,本研究将高产β-1,3-1,4-葡聚糖酶的淀粉液化芽孢杆菌Bacillus amylolique faciens BS5582的bgl基因(GenBank Accession No.EU623974)克隆到3种不同的质粒载体中,即构建pEGX-4T-1-bgl、pET20b(+)-bgl和pET28a(+)-bgl重组质粒。比较了pEGX-4T-1-bgl在不同Escherichiacoli宿主中表达效果,以及pET20b(+)-bgl和pET28a(+)-bgl在E.coliBL21(DE3)中的表达效果。结果表明,E.coliBL21(DE3)-pET28a(+)-bgl能够表达最高的重组β-1,3-1,4-葡聚糖酶酶活,其总酶活可达(322.0±8.8)U/mL,是出发菌在最适摇瓶发酵条件下产酶活的40.1%。对该重组菌的产酶条件进行了分析,结合IPTG和乳糖协同的诱导作用,在基础产酶培养基中产最高总酶活为(1883.3±45.8)U/mL,表明其具有良好的工业应用价值。     

蔗糖磷酸化酶及其在糖基化反应中的应用

糖基化反应能有效改善化合物的水溶性、稳定性、生物利用度等性质,利用糖苷水解酶类和糖基转移酶类对生物活性化合物进行糖基化修饰已成为研究热点。相比于糖基转移酶类,糖苷水解酶类在大规模催化中具有来源丰富、成本低的优势。其中,蔗糖磷酸化酶因其卓越的糖基化活性和广泛的底物特异性,在化工领域受到人们的广泛关注。文中综述了蔗糖磷酸化酶的结构与催化特性,概述了蔗糖磷酸化酶的定向改造,同时系统性地总结了蔗糖磷酸化酶在糖基化反应中的应用及与其他酶的联合应用。并且,基于蔗糖磷酸化酶的研究现状,结合笔者研究团队的多年工作经验,探讨了该课题的未来发展方向。