微生物1,3-1,4-β-葡聚糖酶蛋白质改造及工业应用研究进展

1,3-1,4-β-葡聚糖酶(E.C.3.2.1.73)是一种重要的工业用酶,其可以通过特异性切割毗邻β-1,3-糖苷键的β-1,4-糖苷键将β-葡聚糖或地衣多糖降解为纤维三糖和纤维四糖。微生物β-葡聚糖酶属于糖苷水解酶家族16,其三维结构为卷心蛋糕状的逆向β-片层结构。文中综述了近些年来β-葡聚糖酶在工业上的应用情况及酶蛋白质工程改造的研究进展,并对其研究前景进行了展望。     

通过体外分子进化技术提高淀粉液化芽胞杆菌BS5582 β-1,3-1,4-葡聚糖酶热稳定性

应用基于易错PCR随机突变的体外分子进化技术,来提高淀粉液化芽胞杆菌β-1,3-1,4-葡聚糖酶的热稳定性。利用建立的基于96微孔板高通量筛选模型,经过两轮定向进化与高通量筛选,共筛选得到3株热稳定性明显提高的突变体2-JF-01、2-JF-02和2-JF-03。将野生型β-葡聚糖酶基因和热稳定性提高的突变基因的高效表达产物经镍亲和层析柱纯化后,酶学性质测定表明突变酶2-JF-01、2-JF-02和2-JF-03的T50值分别比野生酶(53℃)提高2.2℃、5.5℃和3.5℃。突变酶2-JF-01、2-JF-02和2-JF-03在60℃下的半衰期t1/2,60℃(min)分别比野生酶(18min)提高4min、13min和17min。突变酶2-JF-01、2-JF-02和2-JF-03的Vmax值为286μmol/(mg·min)、304μmol/(mg·min)和279μmol/(mg·min),分别比野生型下降8.3%、2.6%和10.6%。突变酶2-JF-01、2-JF-02和2-JF-03的Km值分别为6.76mg/mL、6.19μmg/mL和6.84mg/mL,与野生型(6.29mg/mL)基本相同。序列分析表明,3个突变体共发生7个氨基酸替代:2-JF-01(N36S,G213R)、2-JF-02(C86R,S115I,N150G)和2-JF-03(E156V,K105R)。同源建模表明,7个氨基酸替代中5个位于蛋白质表面或表面洞穴中,42.8%的替代氨基酸是精氨酸,也表明精氨酸在提高β-1,3-1,4-葡聚糖酶热稳定性中起重要的作用。     

异柠檬酸脱氢酶基因调控对拉格酵母抗自溶性能的影响

啤酒酵母的自溶会影响啤酒的风味和品质,对酵母自溶的调控是工业啤酒生产的迫切需求。前期在啤酒酵母自溶的研究中发现柠檬酸循环相关基因对酵母自溶有较大影响。为探究柠檬酸循环中异柠檬酸脱氢酶基因调控对自溶的影响,在典型拉格啤酒酵母(Saccharomyces pastorianus H.)Pilsner中对IDP1和IDP2基因进行了破坏和过表达。结果发现IDP1基因的破坏能提高酵母的抗自溶能力,自溶96 h抗自溶指数为8.40,比原始菌提高了1.5倍。IDP1基因的破坏提高还原型辅酶Ⅱ(nicotinamide adenine dinucleotide phosphate,NADPH)的供应,NADPH/NADP^(+)的比值为1.94,发酵结束时胞内ATP水平比原始菌提高1.8倍,活性氧(reactive oxygen species,ROS)相比原始菌减少10%。IDP2基因的缺失造成酵母快速自溶和NADPH供应的减少,自溶96 h抗自溶指数为4.03,NADPH/NADP^(+)的比值为0.89。发酵结束时胞内ATP水平相比原始菌减少8%,ROS是原始菌的1.3倍。本研究进一步阐释了柠檬酸循环相关基因对酵母自溶的调控机理,为选育自溶性能可控的优良酵母提供了理论基础。     

抗老化啤酒酵母研究进展

啤酒酵母是啤酒酿造的核心,对啤酒风味多样性及风味稳定性具有重要影响。风味稳定性是啤酒重要的质量指标之一,筛选或选育综合抗老化能力高的优良啤酒酵母菌株将成为有效解决该问题的途径之一。近年来,随着基因工程技术的发展及啤酒酵母基因组的不断阐明,人们对啤酒酵母菌种改良展开了大量的研究,以期解决啤酒酿造问题,改善啤酒质量。本文对采用传统方式及基因工程手段选育高产抗氧化物质或低产啤酒老化物质及老化前驱物的啤酒酵母的最新研究进展进行了综述。其中,对抗老化啤酒酵母的选育目标、评价方法及选育策略进行了讨论,并对抗老化啤酒酵母选育的研究热点及发展趋势进行了展望。     

传统豆瓣酱微生物群落发酵演替规律及其功能分析

【目的】解析中国传统豆瓣酱发酵过程中的微生物群落演替规律和理化代谢物质变化,探讨不同发酵阶段影响豆瓣酱风味的核心功能微生物。【方法】采用高通量测序解析豆瓣酱发酵过程中的微生物群落结构和演替,并跟踪检测发酵过程中的理化代谢物质,然后分析微生物群落和理化代谢物质变化之间的相关性,最后在体外分离核心微生物并对其功能特性进行验证。【结果】细菌和真菌群落结构在发酵前期显著变化,并在中后期逐渐趋于稳定。优势细菌主要是Staphylococcus、Bacillus和Weisiella,其中Staphylococcus在整个发酵过程中呈上升趋势,而Bacillus和Weisiella呈下降趋势。真菌群落结构较为简单且稳定,其中Aspergillus在整个发酵过程中的平均丰度占真菌总群落的97%以上,Zygosaccharomyces呈先上升后下降的趋势。相关性分析和体外功能验证表明,功能微生物(Aspergillus oryzae、Bacillus subtilis、Staphylococcus gallinarum、Weisiella confusa和Zygosaccharomyces rouxii)在不同发酵阶段发挥着不同的关键作用。【结论】在成曲和发酵前期Aspergillus oryzae、Bacillus subtilis分泌各种酶来降解大分子物质,Aspergillus oryzae、Staphylococcus gallinarum和Weisiella confusa导致了酱醅的酸化和氨基酸的生成,而耐盐的Zygosaccharomyces rouxii在发酵中后期对风味物质的形成起重要作用。     

线粒体自噬基因对酿酒酵母抗氧化性能的影响

线粒体自噬是指细胞通过自噬的机制选择性地清除线粒体的过程,对维持细胞内稳态具有重要作用。为探究线粒体自噬基因对酿酒酵母(Saccharomyces cerevisiae)细胞抗氧化性能的影响,本研究分别构建了线粒体自噬相关基因ATG8、ATG11、ATG32的缺失和过表达菌株,发现在过氧化氢(H₂O₂)胁迫6 h后,过表达ATG8、ATG11基因显著降低了细胞内活性氧(reactive oxygen species,ROS)含量,分别仅为初始状态的61.23%和46.35%,并显著提高了菌株线粒体膜电位(mitochondrial membrane potential,MMP)和腺嘌呤核苷三磷酸(adenosine-triphosphate,ATP)含量,有助于提高菌株的抗氧化性能。另一方面,基因ATG8、ATG11、ATG32的缺失会导致线粒体损伤及细胞活力显著下降,同时造成胞内ROS失衡,H₂O₂胁迫6 h后,其胞内ROS含量显著升高至初始状态的174.27%、128.68%和200.92%。结果表明,ATG8、ATG11和ATG32可能是调控酵母抗氧化能力的潜在靶点。本研究为进一步研究通过调节线粒体自噬提高酵母抗氧化活性提供了新的线索。     

敲除啤酒酵母 fks1 基因对啤酒酵母自溶性能的影响

以啤酒酵母G-03为模板,扩增得到铜抗性基因(cup 1)和β-葡聚糖合成酶基因(fks 1)。将fks 1连接pMD-18T Vector得到重组质粒pTK,重组质粒pTK和cup1经Bgl Ⅱ、Sal Ⅰ酶切后连接得到重组质粒pKC。Bam HI酶切重组质粒pKC得到以fks 1为整合位点包含cup1的基因片段fks 1::cup1。用此片段转化啤酒酵母工业菌株G-03,通过硫酸铜抗性筛选得到一株啤酒酵母工程菌G-03/C。工程菌连续传代10次后依然能在筛选平板上生长,遗传稳定性良好。主酵结束G-03/C和G-03的辛酸和癸酸含量基本相同。25℃诱导自溶20 d,G-03/C的辛酸、癸酸分别下降57.3%、81.8%,自溶性能减弱。G-03/C的死亡率、双乙酰、浊度及TBA均较原菌有所下降。G-03/C与G-03酿制成品啤酒的常规指标没有较大差别,品评结果表明,G-03/C风味更优。     

酿酒酵母在传代过程中生理变化研究进展

酿酒酵母在进行连续传代的过程中,细胞的形态结构以及细胞内的各项生理指标因受胁迫条件的影响而发生改变,细胞出现逐渐衰老现象。深入了解酿酒酵母在传代中的生理变化对酿酒酵母抗衰老研究具有重要意义。文中综述了酿酒酵母在传代过程中各项生理指标的变化,并提出了进一步研究的方向,以期为酵母在工业生产中的抗衰老研究提供理论依据和参考。     

Rep-PCR应用于快速鉴定啤酒污染菌的研究

为评价rep-PCR在快速鉴定啤酒污染菌中的应用,首先比较了DNA提取方法,确定CTAB法作为制备rep-PCR的DNA模板的方法。并通过PCR产物直接测序的方法,从分离菌中鉴定得到11种常见的啤酒污染菌。用BOXA1R和(GTG)_5引物扩增分离菌,采用Gel ComparⅡ软件处理电泳图,构建污染菌的标准指纹图库。经过聚类分析表明,BOXA1R和(GTG)5对Lactobacillusbrevis、L.buchneri、L.casei/paracasei、L.plantarum和L.fermentum的聚类效果具有互补性,并首次提出指纹比对快速鉴定的相似系数阈值的概念。对来自三个不同来源的9株乳酸菌的快速鉴定结果表明,rep-PCR鉴定技术简单、快速、可靠,在快速鉴定方面将具有重要的应用价值。     

啤酒腐败菌的酒花抗性

酒花苦味物质具有抗菌活性,能抑制多种细菌生长。未解离的苦味物质作为一个离子载体,驱散细胞跨膜pH梯度(ΔpH),影响细胞吸收营养物质,使细胞因饥饿而死亡。小部分乳酸菌具有酒花抗性,使其能在啤酒中生长。这种酒花抗性是菌株特异性的,并需要诱导产生。研究表明它与多种抗性机制有关,如细胞壁成分、多个膜上运输载体。已有数个与酒花抗性相关的基因被报道,并用它们可作为PCR快速检测啤酒腐败菌的跨种基因标记。