XRE家族转录因子XrpA调控粘质沙雷氏菌的耐酸能力

【背景】工业菌株的耐酸能力是发酵过程中的一大挑战。粘质沙雷氏菌(Serratia marcescens)作为肠杆菌科的一种细菌,可生成2,3-丁二醇、乙偶姻和灵菌红素等高附加值产品。然而目前对于粘质沙雷氏菌酸耐受能力的分子机制尚不清楚。【目的】通过对转录调控因子XrpA的挖掘以及对其功能的研究,探究粘质沙雷氏菌酸耐受能力的分子机制,为改善工业菌株耐酸能力提供新的策略。【方法】通过对粘质沙雷氏菌进行转座子插入突变,构建了一个Tn5G转座子插入突变文库,利用文库筛选了一株酸敏感型突变株,并对其进行测序鉴定;同时还对突变菌株中与耐酸相关关键基因的转录水平以及细胞膜通透性、细胞膜完整性和H+-ATPase的活性变化进行检测。【结果】发现了一个响应酸胁迫的转录调控因子BVG90_23400,其属于XRE超级家族转录调控因子,命名为XrpA。在酸性条件下,与野生型菌株(JNB5-1)相比,xrpA被阻断后导致了粘质沙雷氏菌多种表型的变化,其中包括生物量显著下降、H+-ATPase活性降低、细胞膜的通透性以及完整性受到破坏。【结论】 XrpA影响粘质沙雷氏菌耐酸能力的分子机制是通过对细胞膜通透性、细胞膜完整性以及H+-ATPase活性的正向调节来维持细胞在酸性条件下的内环境稳态。同时,XrpA可以通过调节酸性应激反应基因的转录水平来影响细胞内环境稳态,从而调控粘质沙雷氏菌对低pH的耐受能力。     

基于双酶级联协调表达策略高效催化合成D-甘露醇北大核心CSCD

D-甘露醇(D-mannitol)作为合成抗肿瘤药和免疫刺激剂的重要前体被广泛应用于制药和医疗等行业,酶法合成D-甘露醇反应成本昂贵无法满足工业化生产。本研究首先筛选关键酶获得较优性能的甘露醇脱氢酶Lp MDH和用于辅因子NADH再生的葡萄糖脱氢酶Ba GDH,在大肠杆菌(Escherichia coli)BL21(DE3)中共表达,实现了基于双酶级联反应催化底物D-果糖合成D-甘露醇,D-甘露醇的初步摩尔转化率为59.7%。针对双酶级联催化反应中辅酶再生用酶与催化用酶表达量不协调的问题,通过增加Bagdh拷贝量来提高辅因子循环能力,获得了双酶催化速率平衡的重组大肠杆菌E.coli BL21/pETDuet-Lpmdh-Bagdh-Bagdh。进一步对重组菌的全细胞转化条件进行优化,确定了最适转化条件为反应温度30℃,初始pH值6.5,菌体量OD600=30,底物D-果糖100.0 g/L,辅底物葡萄糖与底物1︰1摩尔当量。于最优转化条件下5 L发酵罐转化24 h,D-甘露醇的最高产量为81.9g/L,摩尔转化率为81.9%。本研究提供了一种绿色、高效生物催化生产D-甘露醇的方法,为实现其规模化生产奠定了基础,同时也对其他相关稀有糖醇的研究具有指导意义。     

大肠杆菌抗噬菌体基因的挖掘及其抗噬菌体菌株的构建

【目的】噬菌体是工业发酵侵染底盘细胞的专一性病毒，由于其广泛存在以及难以根除，极大影响了发酵生产，从基因水平进行抗噬菌体基因的挖掘以及功能验证可以显著增强底盘细胞的抗噬菌体的能力，从而达到从源头上抵御噬菌体污染的目的。为了选育具有噬菌体抗性的工程菌株，本研究旨在分析选取抗噬菌体的基因以及构建抗噬菌体的工程菌株。【方法】采用共进化筛选、重测序手段、重组菌株构建以及噬菌体侵染的敏感验证实验等方法，获得具有抗噬菌体属性的工程菌株。【结果】实验通过共进化共筛选得到7株抗噬菌体驯化菌株，基因组重测序以及Annovar软件分析，发现了12个基因发生位点突变，选取位点突变频率较高的dnaE (DNA聚合酶III亚基α)、yhjH (环状二GMP磷酸二酯酶)及rzoD (假定的噬菌体裂解脂蛋白) 3个基因分析对噬菌体的抗性，突变基因过表达菌株对噬菌体BL21 Virus 01、BL21 Virus 02、BL21 Virus 06、T1和T7具有明显的抗性；吸附率测定结果表明，基因dnaE和yhjH影响噬菌体复制，而基因rzoD突变影响噬菌体吸附过程。使用定量PCR进一步分析突变基因dnaE和yhjH对噬菌体的抗性作用，结果表明基因dnaE、yhjH突变影响噬菌体基因组BL21 Virus 01的复制过程，而rzoD突变影响噬菌体BL21 Virus 01的吸附过程。【结论】基因dnaE、yhjH、rzoD的位点突变能够有效抵御噬菌体的侵染，同时含有3个位点突变的工程菌株BC11具有较广范围内的噬菌体抗性，是潜在的抗噬菌体底盘细胞。本研究为抗噬菌体基因挖掘与初步解析以及开发抗噬菌体工程菌株提供借鉴。