不同来源的尿卟啉原Ⅲ转甲基酶在脱氮假单胞菌中的表达及其对生产维生素B_(12)的影响

S-腺苷-L-甲硫氨酸依赖型尿卟啉原Ⅲ转甲基酶(S-adenosy-L-methionine uroprophyrinogen Ⅲ methyltransferase,SUMT)催化尿卟啉原Ⅲ(uroprophyrinogen Ⅲ,urogen Ⅲ)中心碳原子C-2和C-7甲基化生成前咕啉-2,是维生素B_(12)生物合成途径中的一步关键酶。本文分别克隆了荚膜红细菌来源的RCcob A1,RCcob A2和脱氮假单胞菌来源的PDcob A,并在VB_(12)生产菌株脱氮假单胞菌中过表达和发酵。通过对三株重组菌维生素B_(12)发酵结果分析可知,SUMT(PDcob A),SUMT1(RCcob A1)和SUMT2(RCcob A2)的表达有利于维生素B_(12)产量的提高,与对照菌株相比分别提高了16.48%,10.2%和31.86%。根据摇瓶发酵的结果在5 L发酵罐上进行了放大实验,p BBR122-PblaRCcob A2的产量为144.5 mg/L,相比对照菌p BBR122-Pbla(111.3 mg/L)产量提高了29.83%左右。结论:SUMT的表达可以在一定程度上解除维生素B_(12)合成途径中的瓶颈,提高维生素B_(12)产量。     

BE3型胞嘧啶碱基编辑器在谷氨酸棒杆菌中的开发及应用

碱基编辑技术结合了CRISPR/Cas系统的靶向特异性与碱基脱氨酶的催化活性,因其不产生双链DNA断裂、不需要外源DNA模板、不依赖同源重组修复,自开发以来,便受到研究者的追捧,在哺乳动物细胞、植物、微生物等领域相继得到开发与应用。为了进一步丰富碱基编辑系统在谷氨酸棒杆菌中的应用,将鼠源胞嘧啶脱氨酶(rAPOBEC1)与nCas9蛋白融合,实现了在谷氨酸棒杆菌中C到T的编辑,编辑比例较低(0-20%);在上述融合蛋白C端添加UGI蛋白,构建BE3型胞嘧啶碱基编辑器,抑制体内的DNA碱基切除修复机制,显著的提高了碱基编辑效率,使得C到T的碱基编辑效率高达90%;为了简化操作,将双质粒碱基编辑系统优化为单质粒碱基编辑系统,并显著提高转化效率;最后通过单质粒碱基编辑系统对基因组中其他位点的编辑测试,进一步证明了BE3型碱基编辑器在谷氨酸棒杆菌中的高效性,同时发现该碱基编辑器具有较宽的编辑窗口(PAM上游-11到-19位),有助于覆盖更多的基因组靶标位点,为谷氨酸棒杆菌的基因组改造提供了更多的工具选择。     

定向进化改造酪氨酸解氨酶提高大肠杆菌合成对香豆酸产量

对香豆酸是一种具有多种药理活性的天然酚类化合物,也是多种天然药用产物生物合成的前体物质,广泛应用于食品、化妆品、医药等领域。通过微生物合成对香豆酸相对于化学合成和植物提取工艺具有节能减排等优势。但是,目前微生物合成对香豆酸产量较低,难以满足大规模工业发酵生产的要求。为了进一步提高对香豆酸产量,对粘红酵母酪氨酸解氨酶 (Tyrosine ammonia-lyase,TAL) 进行定向进化改造,利用高通量筛选方法从随机突变体文库中筛选TAL催化活性提高的突变体。通过初筛和复筛两轮筛选,从大约10 000个突变体中获得1个TAL催化活性提高1倍的突变体。该突变体包含3个氨基酸突变位点,分别为S9Y、A11N、E518A。进一步通过单点氨基酸饱和突变验证,当S9位点突变为Y、I、N和A11位点突变为N、T、Y时,TAL的催化活性提高1倍以上。通过对S9和A11位点3种类型突变进行组合突变验证,S9Y/A11N和S9N/A11Y突变体的TAL催化活力显著高于其他组合。将S9N/A11Y突变体质粒转入酪氨酸高产菌株CP032。通过摇瓶发酵,该菌株在48 h时的对香豆酸产量达到394.2 mg/L,比对照菌提高2.2倍。本研究工作对促进微生物合成对香豆酸的代谢工程研究具有一定的参考价值。     

一种基于微芯片快速生成双层乳化液滴的方法

体外区室化(In vitro compartmentalization,IVC)是通过制备微液滴反应小室包裹单个基因(包含表达体系)或细胞进行反应和培养,从而建立表现型与基因型的偶联,并借助流式细胞仪(Fluorescence-activatedcell sorting,FACS)对液滴进行超高通量检测和筛选,进而快速获得目标基因或细胞的一种方法。IVC-FACS筛选方法已被广泛应用于蛋白质工程、酶工程等定向进化研究。但早期利用机械分散法生成的微液滴大小均一性难以控制,严重影响液滴的定量检测,降低了筛选的效率和准确性。随着微流控芯片制备技术的快速发展,在芯片内快速生成微液滴的技术也愈加成熟。本研究首先利用W/O (Water-in-oil)单层液滴生成芯片高速制备单分散的W1/O液滴,再将W1/O液滴重注入W/O/W (Water-in-oil-in-water)双层乳化液滴生成芯片制备均一的W1/O/W2双层乳化液滴。通过对油、水相流速与比值的优化,可以生成直径在15.4–23.2μm的单乳化微液滴,液滴可在培养数天内保持稳定。将单乳化液滴重注入双层乳化液滴芯片,通过调整油相流速,可以获得生成速度在1 000个液滴/s、直径在30–100μm的双层乳化液滴。利用双层乳化液滴包埋的大肠杆菌细胞能正常进行培养和目标蛋白的诱导表达,为后续建立基于液滴和流式细胞仪的菌株高通量筛选方法奠定基础。     

谷氨酸棒杆菌中胞嘧啶碱基编辑工具的PAM拓展

碱基编辑是一种新兴的基因组编辑技术，具有不产生双键断裂、不依赖同源重组且不需要添加外源模板的优势，在真核及原核生物中得到了广泛的开发与应用。为了进一步扩展碱基编辑技术在谷氨酸棒杆菌中的基因组覆盖范围，本研究将3种PAM限制较为宽松的新型Cas9突变体应用于胞嘧啶碱基编辑工具中，分别为近乎PAMless的SpRY突变体（NRN>NYN PAM）、SpG突变体（NGN PAM），以及ScCas9++蛋白（NNG PAM），实现对碱基编辑工具的PAM拓展。结合SpRY突变体的碱基编辑系统展示出了更宽松的PAM识别，除对CAT、CAC、TAA PAM的位点完全没有编辑外，对其他NRN种类的PAM位点均出现了不同程度的识别，但整体编辑效率低，难以推广应用；结合SpG突变体的碱基编辑系统可实现对所有NGN种类PAM位点的编辑，且编辑效率优于SpRY突变体，但对NGG PAM位点的编辑，相比原始Cas9蛋白，编辑效率下降9.3%-55.9%；结合ScCas9++蛋白的碱基编辑系统，除对TCG、CTG PAM的基因组位点没有编辑外，可实现对其他测试NNG PAM的基因组位点编辑，大部分位点基因组...