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。     

一小型温泉中降解淀粉细菌的筛选、鉴定与淀粉酶性质初步分析

为筛选耐热淀粉酶产生菌并揭示其在温泉中的分布情况,从腾冲县腊幸村一小型热泉不同部位采集样品进行微生物分离及鉴定。样品在65℃培养,挑选形态有差异的菌落点种淀粉-台盼蓝平板,共获得34株具有淀粉降解能力的细菌。分子鉴定结果显示,从温泉底部沙土中筛选得到细菌具有较高的生物多样性,9株具有淀粉降解能力的细菌分别属于土芽胞杆菌(Geobacillus)、厌氧芽胞杆菌(Anoxybacillus)和芽胞杆菌(Bacillus)3个属、7个种,菌株间16S rDNA序列均有一定的差异。对编号为201(Geobacillus thermoglucosidasius)和208(Anoxybacillus flavithermus)的菌株胞外淀粉酶进行初步分析,其胞外淀粉酶最适温度分别为60和70℃,均高于淀粉糊化温度,具有一定的应用潜力。     

热带假丝酵母脂肪醛脱氢酶基因CtAld1和CtAld2的功能评价

【目的】热带假丝酵母是发酵法生产二元酸的重要工业菌株,具有较高的ω-氧化活性。脂肪醛脱氢酶在ω-氧化途径中起重要作用,催化脂肪醛生成脂肪酸,但其具体催化功能及对细胞生理影响还未被系统研究。本文通过删除脂肪醛脱氢酶基因CtAld1和CtAld2鉴定了其在ω-氧化途径中的功能。【方法】通过基因组信息挖掘获得热带假丝酵母脂肪醛脱氢酶基因CtAld1和CtAld2序列,在此基础上,通过同源重组敲除CtAld1和CtAld2基因。考察突变株的生长和胞内脂肪醛脱氢酶活性变化,并评价CtAld1和CtAld2基因敲除对细胞二元酸合成能力的影响。【结果】分别获得了热带假丝酵母突变株XZX-1(ΔCtAld1/ΔCtAld1)、XZX-2(ΔCtAld2/ΔCtAld2)和XZX-12(ΔCtAld1/ΔCtAld1,ΔCtAld2/ΔCtAld2)。在以十二烷为唯一碳源的培养基中,敲除CtAld2基因显著抑制细胞的生长,胞内脂肪醛脱氢酶活性降低为出发菌株的30%;敲除CtAld1基因尽管会使细胞损失一部分醛脱氢酶活性,但能够一定程度地提升细胞在十二烷中的生长性能。敲除CtAld1或CtAld2会降低菌株二元酸产量,组合敲除CtAld1和CtAld2严重削弱菌株十二碳二元酸的合成能力。【结论】CtAld2对热带假丝酵母细胞的生长和十二碳二元酸的合成具有重要作用,缺失CtAld1或CtAld2基因降低细胞的二元酸合成能力。CtAld1和CtAld2可作为热带假丝酵母ω-氧化途径代谢工程改造的潜在靶点。     

表面展示表达果胶酯酶的重组酿酒酵母构建及乙醇发酵

【目的】以淀粉为原料的乙醇发酵工艺仍然是当前燃料乙醇的主要生产方式。然而,一些原料中含有的果胶物质不仅降低了乙醇产率,而且会导致醪液粘度增大,从而会进一步影响传质和传热、增加设备负担等。构建能够自主降解果胶质的重组酿酒酵母并应用于燃料乙醇生产是值得探索的领域。【方法】论文将来源于黑曲霉的果胶酯酶基因克隆于α因子信号肽下游并通过酵母α-凝集素C-端蛋白的介导构建了在细胞表面锚定表达果胶酯酶的重组酿酒酵母PE。【结果】重组酵母的果胶酯酶表达水平达到2.6 U/g(菌体湿重),并进一步鉴定了重组果胶酯酶性质。以甘薯粉为原料的同步糖化发酵实验中,重组酵母PE的乙醇浓度和乙醇转化率分别达到95 g/L和88.1%,与出发菌株相比提高了2.2%。更重要的是,表面展示果胶酯酶能够显著降低发酵过程中的发酵液粘度。【结论】通过在工业酿酒酵母表面展示表达果胶酯酶不仅能够提高糖化酶等的作用效果和酿酒酵母的代谢能力,而且能够显著降低乙醇生产过程中发酵液的粘度,将对工业规模乙醇生产在降低设备负担、节约能耗方面具有一定的潜在价值。     

一种来源于克劳氏芽孢杆菌的高碱性尿酸氧化酶的异源表达及重组酶性质分析

以碱性蛋白酶生产菌克劳氏芽孢杆菌(Bacillus clausii)基因组DNA为模板PCR扩增获得尿酸氧化酶基因(BcU),插入原核表达载体pET28α中,构建表达载体pET-BcU,并转化大肠杆菌BL21(DE3)获得重组大肠杆菌BL21(DE3)/pET-BcU。经IPTG诱导,重组菌BL21(DE3)/pET-BcU表达出有活性的尿酸氧化酶,含空质粒的重组菌在同样条件下没有酶活。酶学性质分析显示,重组酶最适pH值为9.0,在pH值9.0～11范围内酶活几乎不变,是一种高碱性尿酸氧化酶。     

烟曲霉脯氨酰内肽酶在巴斯德毕赤酵母中的分泌表达与重组酶性质

【目的】研究烟曲霉脯氨酰内肽酶cDNA基因的异源表达及重组酶性质。【方法】以烟曲霉CICIM F0044总RNA为模板,反转录合成cDNA;再以cDNA为模板,通过PCR扩增去除自身信号肽的脯氨酰内肽酶基因,构建表达载体pPIC9K-PEP;电转化酵母宿主菌Pichia pastoris GS115,获得重组菌PEP-09;纯化并分析重组酶性质。【结果】重组菌摇瓶发酵酶活力最高可达647.3 U/L。表达产物纯化后的分子量为63 kD左右。重组酶最适反应温度为65°C,有较好的温度稳定性,在55°C保温8 h能保留90%以上的酶活力。该酶最适pH为5.5,在pH 3.0 9.0范围内有很好稳定性,在pH 6.0 8.0的缓冲液中37°C保温10 d酶活没有明显变化。【结论】烟曲霉脯氨酰内肽酶cDNA基因在巴斯德毕赤酵母中实现了分泌表达,重组酶活性稳定,有一定的应用潜力。     

利用可重复使用的URA3标记基因建立热带假丝酵母基因敲除系统

热带假丝酵母(Candida tropicalis)在发酵工业中具有重要的应用潜力,但二倍体遗传结构和较低的遗传转化效率限制了其代谢工程育种技术的应用。建立可靠的遗传转化技术并高效的删除目的基因是代谢工程改造热带假丝酵母的重要前提。文章以C. tropicalis ATCC 20336为出发菌株,通过化学诱变筛选获得了尿嘧啶缺陷型突变株C. tropicalis XZX(ura3/ura3)。以丙酮酸脱羧酶(Pyruvate decarboxylase,PDC)基因作为靶基因构建了两端包含同源臂并在选择性标记C. tropicalis URA3(Orotidine-5′-phosphate decarboxylase,乳清酸核苷-5-磷酸脱羧酶)基因两侧同向插入源于沙门氏菌(Salmonella typhimurium)的hisG序列的基因敲除盒PDC1-hisG-URA3-hisG- PDC1(PHUHP),并转化宿主菌株C. tropicalis XZX,筛选获得PHUHP片段正确整合到染色体的PDC基因位点的转化子XZX02。在此基础上,将转化子XZX02涂布于5-FOA(5-氟乳清酸)选择培养基上,筛选得到URA3基因从PHUHP片段中丢失的营养缺陷型菌株XZX03。进一步构建了第2个PDC等位基因的删除表达盒PDCm- URA3-PDCm,并转化C. tropicalis XZX03菌株,获得转化子C. tropicalis XZX04。经PCR和DNA测序确认转化子C. tropicalis XZX04细胞染色体上的两个PDC等位基因被成功敲除。文章建立了一种营养缺陷型标记可重复使用的热带假丝酵母遗传转化技术,利用该技术成功敲除了细胞的PDC基因,为进一步利用代谢工程改造热带假丝酵母奠定了基础。     

代谢改造热带假丝酵母发酵木糖母液生产木糖醇

木糖醇是一种在食品、医药、轻工等领域具有广泛用途的多元醇,目前主要通过酸水解木聚糖获得木糖并进一步化学催化加氢方法制备。提取木糖过程中会产生大量的木糖母液副产物,其中含有一定浓度的葡萄糖、木糖、阿拉伯糖等碳源,以及少量的糠醛、四氢呋喃等物质。研究微生物转化木糖母液生产高附加值化学品不仅能够提高木糖母液的利用价值,而且能够减少环境污染。热带假丝酵母不仅能够利用葡萄糖,也具有高效的木糖代谢途径。首先利用代谢工程技术删除了热带假丝酵母菌株的木糖醇脱氢酶基因,获得能够转化木糖积累木糖醇的突变株。在此基础上,评价了突变株在木糖母液培养基中的发酵性能。通过单因素优化实验确定了突变株发酵生产木糖醇较优的发酵工艺:培养基组成为木糖母液300g/L,玉米浆5g/L;最佳发酵条件为:发酵温度35℃,初始p H为5.0,接种量15%,200r/min摇床培养140h。利用优化后的发酵工艺,木糖醇产量达到83.01g/L。初步建立了转化木糖母液生产木糖醇的工艺,为进一步利用木糖母液奠定了基础。     

扣囊复膜孢酵母α-淀粉酶基因在乳酸克鲁维酵母中的表达与重组酶性质

通过PCR方法从扣囊复膜孢酵母基因组DNA中克隆获得α-淀粉酶基因成熟肽编码区（SfA）,插入乳酸克鲁维酵母表达载体pKLACl的d因子信号肽下游,构建重组表达载体pKLACl-SfA。重组载体转化乳酸克鲁维酵母GG799,筛选获得表达α-淀粉酶SfA水平较高的重组茵。酶活检测和SDS．PAGE电泳检测均显示,重组茵分泌重组酶SfA到发酵液中。酶学性质研究表明：SfA最适温度为45℃,最适pH5．0,在pH4．5～5．5、50℃条件下保持稳定。Ca2＋等二价金属离子对SfA酶活有激活作用,EDTA强烈的抑制SfA活性。HPLC分析显示SfA水解糊精获得麦芽寡糖和少量葡萄糖,其中麦芽三糖是主要产物,占水解产物总量的52％。