高效合成葡萄糖二酸酿酒酵母工程菌的构建

葡萄糖二酸是天然存在的一种重要二元酸,其在医疗保健和化工工业等领域具有很高的实际应用价值,因此被称为“最具价值的生物炼制产品之一”。以酿酒酵母(Saccharomyces cerevisiae)为底盘微生物,文中考察了过量表达肌醇转运蛋白Itr1、融合表达肌醇加氧酶和葡萄糖醛酸脱氢酶以及弱化表达葡萄糖6-磷酸脱氢酶基因ZWF1三种策略对葡萄糖二酸产量的影响。研究结果显示,过量表达肌醇转运蛋白Itr1使葡萄糖二酸产量在摇瓶发酵条件下较出发菌株Bga-3提高了26%;MIOX4-Udh融合蛋白的表达使葡萄糖二酸的产量较Bga-3菌株提高了40%;在此基础上,弱化表达葡萄糖6-磷酸脱氢酶基因ZWF1后,葡萄糖二酸的产量达5.5 g/L,较相同发酵条件下Bga-3菌株提高了60%。在5 L发酵罐中,该菌株葡萄糖二酸的最高产量达10.85 g/L,较Bga-3菌株提高了80%。由此可见,上述代谢改造策略的应用在很大程度上提高了葡萄糖二酸的途径效率和产量,为通过代谢工程方法在酿酒酵母中合成其他化合物的研究提供了参考。     

酿酒酵母细胞中钙离子信号传导途径的研究进展

酿酒酵母（SaccharomycescP增v括fdP）细胞可以通过ca2＋／钙调磷酸酶信号途径来应对许多外界环境胁迫。在交配信息素、盐或者其他环境压力存在的条件下,钙离子会通过细胞质膜上的未鉴定的钙转运蛋白x和M或者由Cchl和Midl组成的钙通道进入细胞质。胞质内钙离子浓度的增加会激活细胞质里的钙调磷酸酶（calcineurin）。钙调磷酸酶的一个非常重要的作用是去磷酸化细胞质内的转录因子Crzl,造成它快速地从细胞质转移到细胞核,从而诱导包括液泡膜上钙泵蛋白基因PMCl以及内质网膜和高尔基体膜上钙泵蛋白基因尸脚,在内的目标基因的表达。这两个钙泵蛋白和液泡膜上的Ca2＋／H＋交换蛋白Vcxl一起作用,将细胞质内的钙离子浓度控制在50～200nmol／L的正常生理浓度内．使细胞能够正常生长。该综述主要论述了酿酒酵母细胞内Ca2＋／钙调磷酸酶信号途径的最新研究进展。     

酵母细胞中碱性应答蛋白Rim101与ESCRT复合物的相互调控作用

本研究采用同源重组、倍比稀释及荧光定位等方法研究了ESCRT基因对Rim101蛋白定位的影响及Rim101其对钙稳态相关基因VNX1和SPF1的调控作用。结果显示,7个ESCRT基因(SNF7, SNF8, VPS20,STP22, VPS25, VPS28和VPS36)的缺失导致GFP-Rim101不能进入细胞核,VNX1基因的缺失不影响7个ESCRT缺失株对钙离子的敏感性,而SPF1基因的缺失导致7个ESCRT缺失株对钙离子更加敏感。研究表明ESCRT基因不仅调控Rim101的功能也影响其定位,VNX1和SPF1基因是Rim101组成型活性蛋白Rim101-531抑制ESCRT缺失株对钙离子敏感性所必需的,这些研究结果为进一步研究ESCRT的功能提供了基础。     

酿酒酵母中钙信号途径对crz1调控基因表达的影响

该文通过对酿酒酵母细胞中120个钙离子敏感性基因的启动子进行序列分析发现,24个基因的启动子上含有转录因子Crz1的结合位点(GNG GC[T/G]CA或GNG GCT G)。该研究检测了钙信号途径对24个基因表达和细胞定位的影响。实验结果表明,钙信号途径通过转录因子Crz1诱导19个基因的特异性表达及其编码蛋白的细胞定位。结果发现,5个基因的功能与代谢相关(TPS1、PHO86、ERG3、ARG82和AKR1)、5个基因的功能与离子稳态相关(CSG2、PMC1、VMA10、MNR2和VAM2)、4个基因的功能与蛋白质分选相关(PEP3、VPS36、VPS27和VPS4)以及5个基因的功能与转录相关(DEP1、IMP2′、THP1、SGF29和ROX3)。该文的研究结果为研究酿酒酵母细胞中钙离子稳态调控机制提供了理论基础。     

拆分获得(S)-酮基布洛芬脂肪酶基因在枯草芽孢杆菌中的克隆与表达

【目的】筛选具有不对称拆分消旋酮基布洛芬氯乙酯能力的脂肪酶基因,构建其表达分泌型工程菌,并进一步提高该脂肪酶的立体选择性。【方法】以自筛选出的一株具有不对称拆分消旋酮基布洛芬氯乙酯能力的菌株NK13为材料,通过构建其基因组文库,筛选具有不对称拆分消旋酮基布洛芬氯乙酯能力的脂肪酶基因。通过构建该脂肪酶基因的分泌型诱导表达载体pHY300-plk-sacR-gene,将其转入枯草芽孢杆菌WB600,获得基因重组菌WB600(pHY300-plk-sacR-gene)。用SDS-PAGE检测其表达和转化情况,采用非变性聚丙烯酰胺凝胶电泳的方法纯化脂肪酶;并利用TLC和HPLC检测该酶的立体选择专一性。【结果】得到了具有专一性拆分获得(S)-酮基布洛芬能力、长度为633bp的脂肪酶基因(GenBank登录号为:EU381317)。该脂肪酶在枯草芽孢杆菌WB600中得到了分泌表达。TLC和HPLC检测结果显示,纯化的脂肪酶对底物转化40h时转化率为30%,生成(S)-酮基布洛芬的e.e.%值最高,达60.02%,与未加Tween-80的枯草芽孢杆菌转化子体系相同。而在含Tween-80的环境下,枯草芽孢杆菌表达重组菌对底物转化36h时转化率约为45%,生成(S)-酮基布洛芬的e.e.%值最高,达93.64%,是野生菌NK13的16倍。【结论】从NK13号菌株中筛选得到的新的脂肪酶具有很高的不对称拆分获得(S)-酮基布洛芬的能力,实现了NK13菌中633bp脂肪酶基因在枯草芽孢杆菌中的分泌表达,研究证明Tween-80能提高该脂肪酶的拆分专一性。     

(S)-酮基布洛芬拆分用脂肪酶基因的克隆及表达

本实验室筛选出一株具有不对称拆分消旋酮基布洛芬氯乙酯的菌株NK13为材料,经鉴定为巨大芽孢杆菌Bacillus megaterium。通过构建其基因文库,从中筛选得到阳性克隆重组子pUC-NK1。测序分析表明,该重组子质粒中包含一长度为633bp的脂肪酶基因的完整开放阅读框,核苷酸同源性对比证明该脂肪酶基因属首次发现(GenBank Accession No.EU381317),将此基因克隆到原核表达载体pET21b(+)中构建重组表达质粒pET-NKest1,转化Escherichia coli BL21,经Isopropyl-β-D-Thiogalactoside(IPTG)诱导在宿主菌中得到表达,经SDS-PAGE电泳检测证明该脂肪酶成熟蛋白分子量约为20kDa。薄层层析与HPLC检测结果显示,表达菌株转化外消旋酮基布洛芬氯乙酯得到(S)-酮基布洛芬过量(e.e.%),由野生菌NK13的5.84%提高到75.28%,提高约15倍,说明该脂肪酶具有优先拆分得到(S)-酮基布洛芬的特性。     

代谢工程改造大肠杆菌合成丙二酸

丙二酸是一种重要的有机二元羧酸,其应用价值遍及化工、医药、食品等领域。本文以大肠杆菌为底盘细胞,过表达了ppc、aspC、panD、pa0132、yneI和pyc基因,成功构建了丙二酸合成重组菌株大肠杆菌BL21(TPP)。该菌株在摇瓶发酵条件下,丙二酸产量达到0.61 g/L。在5 L发酵罐水平,采用间歇补料的方式丙二酸的积累量达3.32 g/L。本研究应用了融合蛋白技术,将ppc和aspC、pa0132和yneI分别进行融合表达,构建了工程菌BL21(SCR)。在摇瓶发酵水平,该菌株丙二酸的积累量达到了0.83 g/L,较出发菌株BL21(TPP)提高了36%。在5 L发酵罐中,工程菌BL21(SCR)的丙二酸产量最高达5.61 g/L,较出发菌株BL21(TPP)提高了69%。本研究实现了丙二酸在大肠杆菌中的生物合成,为构建丙二酸合成的细胞工厂提供了理论依据和技术基础,同时也对其他二元羧酸的生物合成具有启发和指导意义。     

植物乳杆菌DY6主要抑菌代谢物的分析和鉴定

【背景】被广泛应用于食品和饲料等多个行业的乳酸菌已成为制作生物防腐剂的研究热点。【目的】探究抑菌性能良好的植物乳杆菌DY6的抑菌物质,为其进一步应用提供参考依据。【方法】对植物乳杆菌发酵液中抑菌物质的理化特性进行研究,采用GC-MS分析发酵上清液代谢物,通过多元统计学分析方法推测主要抑菌物质,抑菌物质通过半制备进行初步分离后用GC-MS鉴定。【结果】植物乳杆菌DY6对金黄色葡萄球菌、大肠杆菌、沙门氏菌都有较强的抑制作用。采用不同发酵时间的发酵液作为研究对象,测定发酵上清液的抑菌能力,发酵0-4 h上清液无抑菌能力,发酵至8 h抑菌能力逐步上升,发酵24-48 h发酵上清液抑菌能力趋于稳定,在48 h时抑菌能力最佳,抑菌直径为15.28mm。通过多元统计学分析乳酸菌发酵液差异标志物,发现主要差异物为有机酸(如乳酸、乙酸、丙酸等)和脂肪酸(如辛酸、癸酸等)。经过半制备液相分离发酵上清液得到的抑菌组分,主要有有机酸(如乳酸、乙酸、3-苯基乳酸、苯丙酸等)和脂肪酸(如癸酸、辛酸、壬酸等),另外还有少量的醛类和醇类物质。【结论】确定了植物乳杆菌DY6的抑菌物质主要为有机酸和脂肪酸,为其进一步防腐应用提供了理论基础。     

酿酒酵母中对抗真菌药物克霉唑敏感的突变菌株的筛选

克霉唑是一种临床上用于抗真菌感染的抗真菌药物,同时也具有治疗其他疾病如疟疾、脚气病、足癣和癌症的前景。通过96孔板液体培养及倍比稀释的方法,对模式真菌酿酒酵母双倍体单基因缺失株文库中的4 532个非必需基因缺失株进行初步筛选及表型验证,对筛选出的敏感菌株测定了加克霉唑和不加克霉唑细胞内的ROS水平变化。筛选得到了127个克霉唑敏感的单基因缺失株,127个敏感菌株缺失的基因,其功能分别参与细胞的代谢过程、细胞周期和DNA加工过程、转录过程、蛋白命运(折叠,修饰,靶向运输)、细胞运输、细胞通讯/信号转导机制、细胞命运、细胞组分的发生和起源、不同细胞类型的分化、细胞营救、防御及毒力、细胞与环境交流和调节代谢及蛋白功能的过程,也有33个基因的功能未知。ROS测定结果显示,加入克霉唑之后,和野生型相比,25个菌株细胞内ROS显著升高,13个菌株细胞内ROS水平反而显著降低。克霉唑的抗真菌作用可能是多个细胞过程的集合,研究结果为克霉唑的改进利用及新的抗真菌药物研发提供理论基础。