工程改造龟裂链霉菌提高土霉素产量

土霉素是由龟裂链霉菌合成的一类广谱性抗生素,前期研究工作证明其生物合成受其自身途径特异性调控蛋白OtcR的直接调节,OtcR能够激活和促进土霉素合成基因簇的转录表达。在龟裂链霉菌M4018宿主内利用强启动子单独过表达OtcR蛋白,使土霉素的产量提高到原来产量的4倍;为了进一步提高土霉素产量,在M4108宿主内表达乙酰辅酶A羧化酶基因,提高其胞内土霉素合成的前体物丙二酸单酰辅酶A的含量。对出发菌株M4018进行工程改造,同时过表达途径特异性调控蛋白OtcR和乙酰辅酶A羧化酶,发酵检测改造后的重组工程菌株土霉素的产量由1.37g/L提高到9.09g/L,该研究策略对工程改造龟裂链霉菌提高土霉素的产量具有重要的指导意义。     

细菌双杂交系统的改进

解析蛋白质之间的相互作用,对理解调控和代谢等生物学过程具有重要意义。其中基于互补腺苷酸环化酶功能的细菌双杂交系统是一种研究蛋白质之间相互作用的有效手段。本文在利用该系统时发现存在假阳性高的缺陷。进一步报告基因活性分析表明产生假阳性的原因是不同克隆的生理状态影响了LacZ的输出,即lacZ启动子除了受cAMP信号分子的控制,还受到其他调控蛋白的直接或间接的调控。为了降低生理因素对报告基因的影响,我们向该系统引入用多拷贝lacZ启动子控制的gfp报告基因。这不仅通过增加lacZ启动子的数量,弱化了生理因素的影响;还实现了第二个报告基因gfp与lacZ同时报告蛋白质之间的相互作用情况,提高了输出的准确性。系统的实验验证表明,我们改进的细菌双杂交系统的灵敏性确实得到大幅提高。     

具有群体感应抑制活性海洋放线菌的分离和鉴定

群体感应系统在许多致病菌的致病过程中发挥了重要的作用, 可作为开发新型抗菌药物的理想的靶标, 筛选高效的群体感应抑制剂有望成为解决细菌耐药问题的一个有效途径。我们从胶州湾海泥中分离得到放线菌47株, 其发酵提取物经紫色杆菌CV026模型筛选后, 发现放线菌WA-7提取物具有群体感应抑制活性, 且在有效浓度时对细菌的生长没有影响。16S rDNA分析表明WA-7应属于Streptomyces属。进一步研究表明, WA-7提取物能够显著降低紫色杆菌受群体感应调节的紫色菌素产量和相关蛋白酶的表达量, 且呈浓度依赖性。     

多杀菌素生物合成基因簇启动子探测和转录时序

多杀菌素是对农业虫害防治及粮食仓储安全均具有重大意义的农用抗生素.为了深入揭示刺糖多孢菌合成多杀菌素的调控特点,首先通过建立基于报告基因的启动子探测技术,探测了多杀菌素生物合成基因簇的9个启动子活性.并进一步通过荧光定量PCR,分析了这9个基因和不在基因簇内的负责糖基前体供应和鼠李糖合成的4个基因的转录时序,结果表明多杀菌素生物合成基因簇内的9个基因在菌体生长进入稳定期时有较高的转录,这和发酵液中此时开始大量积累多杀菌素一致;同时还发现,簇外的4个与糖基供应相关的基因和基因簇内基因的转录时序不同,它们在菌体生长对数期有较高的转录活性,这暗示多杀菌素聚酮链的合成速率和参与后修饰的糖基底物供应的最优化匹配有可能是提高生物合成多杀菌素的前提和关键.     

天蓝色链霉菌代谢物组测定方法优化及其代谢特征

链霉菌能够产生多种抗生素,具有重要的研究与应用价值。代谢物组学能够定性和定量测定胞内外主要低分子量代谢产物。相对于其他组学,代谢物组学在监控胞内代谢状态、指导物种理性改造方面具有独特优势。本文旨在建立一种快速、准确的链霉菌胞内代谢物分析方法。以模式菌株天蓝色链霉菌为研究对象,基于GC-MS分析平台优化了代谢物组学样品制备流程中的细胞淬灭时间、菌体分离方法、代谢物提取及代谢物衍生化条件,并利用该方法对天蓝色链霉菌不同生长时期各代谢途径的相对活性进行了初步分析。采用"低温淬灭(–40℃,4 min)-快速过滤分离-反复冻融(45 s/3 min)-衍生化(40℃,90 min)"的流程能够鉴定出中心代谢途径(糖酵解、戊糖磷酸途径和TCA循环)、氨基酸代谢途径、脂肪酸代谢途径、核酸代谢途径及部分次级代谢途径中的103种主要代谢物。利用该流程测定发现天蓝色链霉菌细胞生长周期中存在显著的代谢时序差异,并且发现氨基酸与脂肪酸代谢在衔接初级代谢与次级代谢生物合成中具有重要作用。本研究建立的测定方法能够有效地用于天蓝色链霉胞内代谢物分析,该方法将有助于深入刻画链霉菌细胞代谢过程,为菌株代谢工程改造增加次级代谢产物产量提供理性指导。     

微生物,高智商,大产业——合成生物学助力阿维菌素的高效智能制造

合成生物学研究具有两种属性,即生命本质的认识提升属性与生物制造属性。以阿维菌素产生的生命过程复杂性为例,几乎可用"高智商"来形容。通过系统认知微生物的"智商",从"格物致知"到"建物致用",实现师法自然,让微生物更高效地为人类服务。在人工工业大规模制造时,上述生命本质的认识无疑是有帮助的,但在微生物与生物反应器组成的复杂系统中,如何从基因到代谢的细胞生理状态到胞外的环境影响中,由"格物致知"的因果关系找到可人工操作的生物智能制造(智造),这又是极其困难的科学问题,这就是合成生物学的生物制造属性。因此,必须开展生物过程大数据分析,克服基因、代谢、过程到生产组织中产生的大量互不联系的数据孤岛。近年来,合成生物学的蓬勃发展掀起的技术革命已经彻底颠覆了人们过去对于生物和生物技术的认识。该文以阿维菌素的研究为例,讨论在合成生物学时代如何利用微生物的"智商"来加速实现微生物药物高效智能制造的研发过程,并为其他微生物天然产物药物的智能化生产提供可借鉴的思路和方法。     

链霉菌中高效生产聚酮化合物的研究方法及进展北大核心CSCD

聚酮化合物是通过聚酮合成途径产生的一大类结构和生物活性多样的次级代谢产物,是链霉菌产生的主要次级代谢产物,具有重要的经济价值。为了在链霉菌中提高聚酮化合物产量,以满足工业生产需求,近年来,代谢工程的方法被广泛应用,例如,过表达合成途径中限速酶或途径特异性激活蛋白、强化前体供应、去除产物反馈抑制、合成基因簇异源表达等。本文将从代谢工程改造实例入手,全面综述链霉菌中聚酮化合物高效生物合成的研究方法及进展,并对利用合成生物学策略智能动态适配各个相关途径,进而提高该类化合物产量的研究思路进行展望。     

转录调控研究的方法学进展

基因的表达在多个层次受到严格的控制,其中转录水平的调控是控制基因表达的重要环节之一。近几年,随着分子生物学研究方法的不断发展,转录调控的研究方法学也出现了新的变化。本文综述了基于作者所在课题组对链霉菌次级代谢调控研究过程中优化和改进的转录调控研究方法,如基于SYBR Gold的凝胶阻滞实验,基于荧光标记和毛细管电泳检测的足迹法,基于报告基因的直接调控关系分析等;同时也对研究调控蛋白和靶启动子相互作用的新方法进行了阐述,如表面等离子共振技术和等温滴定量热测定技术等。这些转录调控研究方法的优化和总结,能够帮助研究者开展相关研究。     

热葡糖苷酶地芽胞杆菌NCIMB 11955高效电转感受态细胞电转体系的建立

热葡糖苷酶地芽胞杆菌(Geobacillus thermoglucosidasius)是一种革兰氏阳性兼性厌氧菌,因其高温生长速度快、不易染菌的特性,作为下一代工业生物技术的候选底盘,已被广泛用于生产生物燃料和高附加值的化学品。然而,相比于经典的模式菌株大肠杆菌(Escherichia coli),热葡糖苷酶地芽胞杆菌因其转化效率低,限制了其作为底盘菌株的高效应用。本研究的目的是开发一种能够提高该菌株电转化效率的方法。本研究通过敲除该菌株中预测的限制性内切酶基因,添加细胞壁弱化剂和细胞膜抑制剂,优化目标菌株高效感受态细胞的制备,从而提高转化效率。热葡糖苷酶地芽胞杆菌的4个限制性内切酶基因的敲除可以使感受态细胞电转化效率提高至1.2×10^(4)CFU/(μg DNA);在敲除株的基础上,分别通过添加吐温80、DL-苏氨酸和甘氨酸进一步优化感受态细胞转化效率,其中吐温80的添加使感受态细胞电转化效率提高22.5倍左右,DL-苏氨酸的添加可以使感受态细胞电转化效率增加44倍,甘氨酸的添加可以使感受态细胞电转化效率进一步提高334倍左右,优化整合添加各类试剂后感受态细胞电转化效率在限制性内切酶缺失菌株的基础上提高至4.6×10^(6)CFU/(μg DNA),相对野生型菌株提高了3个数量级。这为热葡糖苷酶地芽胞杆菌的高效遗传操作和代谢工程奠定了基础。     

异源重构白色链霉菌土霉素生产菌株

【目的】土霉素(oxytetracycline,OTC)属于第一代四环素类抗生素,对革兰氏阳性菌和阴性菌具有很好的抑菌效果,目前主要应用于畜牧业、水产养殖业和作为原料药生产二代、三代四环类抗生素。因此,在生产上具有提高产量、降低成本的迫切需求。为了解决工业菌株改造中面临着遗传操作比较困难、周期长的问题,我们通过异源重构白色链霉菌(Streptomyces albus) Del14并作为底盘生产菌株,进而评估该菌株OTC生物制造细胞工厂的潜力。【方法】通过理性工程重构,获得一系列衍生菌株Del14:Oxy、Del14:Oxy1K、Del14:Oxy1KΔotrR、Del14B:Oxy1KΔotrR。对上述菌株进行摇瓶发酵以及HPLC检测发酵产物;通过RT-qPCR检测OTC生物合成基因簇(otc cluster)相关结构基因的转录水平。【结果】S. albus Del14生长快、不结球,对OTC具有一定的耐受性。通过操纵簇内调控因子OtcR和OtrR,最终使重组菌株Del14B:Oxy1KΔotrR OTC产量在第6天达到了1.1 g/L,与原始生产菌株龟裂链霉菌(S. rimosus) M4018在第8天产量相当。【结论】本研究首次在S. albus Del14中异源表达了土霉素生物合成基因簇,初步证实了一个很有潜力的OTC生物制造底盘,为这一OTC生产菌株的进一步优化改造奠定了基础。