1,3-丙二醇生物法生产中关键酶的研究进展

目前,国内外对于1,3-丙二醇(1,3-propanediol,1,3-PD)的生产研究正在由化学法逐渐向生物法转变。该文着重介绍了生物法生产1,3-PD的生产菌株和生物合成途径,综述了关键酶的性质特点和基因克隆表达情况,对关键酶晶体结构的相关研究成果进行了介绍,进一步探讨了运用宏基因组技术和酶分子改造技术来获得新型高性能关键酶的方法,并展望了基因工程菌的应用前景,从而推动了对1,3-PD生产途径中关键酶的了解及1,3-PD的生产应用研究。     

Lactobacillus diolivorans二醇脱水酶激活因子基因的克隆、测序与功能鉴定

根据二醇脱水酶与甘油脱水酶的激活因子基因序列同源性分析，设计简并引物从L. diolivorans基因组DNA中扩增出了假定的二醇脱水酶激活因子基因 (gldG、gldH) 全序列，补全了GenBank 中该基因序列的未知部分，构建了表达质粒pSE-gldGH，以E. coli BL21为宿主，进行诱导表达. 表达产物的变性与非变性聚丙烯酰胺凝胶电泳分析表明：gldGH表达产生 68 ku、13 ku两个蛋白质，它们经金属螯合亲和层析与凝胶过滤得到共纯化，纯化产物即假定的激活因子为分子质量约325 ku的蛋白质聚合体，由这两个蛋白质以等摩尔量组成，因此假定的激活因子可能为α₄β₄亚基结构. 以L. diolivorans二醇脱水酶为对象，进行激活实验，结果证实gldGH表达产物具备二醇脱水酶激活因子的功能.     

弗氏柠檬酸菌甘油脱水酶基因在大肠杆菌中的克隆和表达

以弗氏柠檬酸菌（Citrobacter freundii）基因组DNA为模板,通过PCR得到甘油脱水酶（glycerol dehydratase）基因dhaB、dhaC、dhaE,克隆到表达载体pSE380上,得到重组质粒pSn-dhaBCE。将此重组质粒转化到E．coli JM109中,重组菌株SDS-PAGE结果显示有明显的61kD、22kD、16kD三条特异性蛋白条带出现。重组菌株经诱导表达,酶活力为11．59U／mL。     

Gluconobacter oxydans木糖醇脱氢酶基因的克隆表达及木糖醇的转化分析

从氧化葡萄糖酸杆菌(Gluconobacter oxydans)的基因组DNA上扩增出木糖醇脱氢酶基因xdh,构建了诱导型表达载体pSE-xdh,导入E.coli JM109后获得了高效表达木糖醇脱氢酶基因的重组菌JM109/pSE-xdh。通过HisTrap HP亲和层析和SephacrylS 300分子筛两步纯化从细胞中得到纯酶,并对酶学性质进行研究。XDH最适还原反应的pH值为5.0,最适还原反应的温度为35℃;最适氧化反应的pH值为11.0,最适氧化反应的温度为30℃。重组菌中的XDH依赖NADH,对NADH的米氏常数Km=57.8 mmol/L,最大反应速率Vmax=1209.1 mmol/(ml·min)。重组菌的XDH酶活力为13.9 U/mg。利用重组菌和原始菌混合静止细胞转化D 木酮糖,16 h 28.0 g/L D木酮糖生成16.7 g/L木糖醇,而原始菌单独转化只生成8.3 g/L木糖醇。     

基于甘油的1,3-丙二醇生物合成的代谢局限及其改造策略

粗甘油是生物柴油生产中的主要副产物,一些微生物可将甘油转化为重要化工原料1,3-丙二醇(1,3-PD),而利用这些微生物野生菌株生物合成1,3-PD会存在一些局限性,如底物抑制、产物抑制等。文中从1,3-丙二醇的甘油生物转化途径与这些局限性出发,总结了生物合成中存在的问题,并针对这些问题提出了一些基于基因敲除或基因过表达等基因工程技术的改造方法,综述了利用基因工程菌生物转化甘油生成1,3-丙二醇的最新研究进展。     

微生物酶DNA shuffling的改进及应用

介绍了DNA shuffling技术的基本原理以及技术改进,对此技术在提高微生物酶的活性、稳定性、抗性以及改变底物专一性等方面的应用进行了综述,并展望了应用前景。     

一种带有组氨酸标签的新型表达载体的构建及应用

目的:利用基因重组技术,对已有载体pSE380进行改造,获得具有组氨酸标签的新型表达载体.方法:以pSE380载体为出发材料,通过一步反向PCR技术在多克隆位点处添加一个六聚组氨酸纯化标签,并用该载体对xdh外源基因进行克隆表达及纯化验证.结果:测序结果显示该标签已成功插入,xdh基因克隆表达及纯化表明,镍柱亲和层析完全可以将重组的表达蛋白纯化,并达到电泳纯级别.融合标签并没有影响的该重组酶的功能.结论:通过一步反向PCR技术成功地获得了改造psE380载体,该技术为载体的相关改造提供了一种方便可行的方法.     

弗氏柠檬酸菌dhaT基因的克隆表达、序列分析、酶的纯化及特性研究

1,3-丙二醇（1,3-propanediol,1,3-PD）是一种重要的化工原料,越来越受到广泛的关注。以弗氏柠檬酸菌(Citrobacter freundii)基因组DNA为模板,通过PCR得到1,3-丙二醇氧化还原酶(1,3-propanediol dehydrogenase,PDOR) 的基因dhaT,序列显示与来源于C.freundii DSM 30040 (Genbank U09771)相应基因的相似性为78%。将此基因构建于表达载体pSE380,得到重组质粒pSE-dhaT。重组质粒转化到宿主菌E.coli JM109中进行了表达,重组酶通过镍柱及Sephacral S-300进行纯化,重组酶SDS-PAGE结果显示有非常明显的单一的42kDa特异性蛋白条带出现。以丙醛为底物测定重组酶还原反应的最适温度为37℃、最适pH为8.0,对丙醛的Km值为10.05mmol/L,最大反应速度Vmax为37.27umol/ min /mg;以1,3-PD为底物测定重组酶氧化反应的最适温度为25℃、最适pH为10.5,对1,3-PD的Km值为1.28mmol/L,最大反应速度Vmax为25.55umol/min/mg。重组酶的还原反应比活为49.50U/mg,氧化反应比活为79.72U/mg。该酶同样具有假定的结合Fe2+的G-X-X-H-X-X-A-H-X-X-G-X-X-X-X-X-P-H-G模体保守结构。此研究为工程菌高效生产1,3-PD奠定了基础。     

克雷伯氏菌gdrA和gdrB基因的克隆、协同表达与功能鉴定

1,3-丙二醇是一种重要的化工原料,其生物法生产的研究越来越受到广泛的关注。以克雷伯氏菌的总DNA为模板,通过PCR分别扩增出约1．8kb的gdrA和0．4kb的gdrB的两个基因片段,随后,将此两基因以多顺反子的方式与pSE380相连构建表达载体,并在大肠杆菌中进行了高效表达,表达量约占总蛋白的30％。将高效表达的激活因子用金属亲合层析和分子筛进行了纯化,得到电泳纯级的激活因子,SDS-PAGE分析显示：大、小亚基分子量约为64kDa和12kDa;非变性胶分析显示：全酶的分子量约为150kDa,扫描分析激活因子是以勉＆方式结合的。以克雷伯氏菌甘油脱水酶为研究对象,进行激活实验,结果证实该激活因子具备甘油脱水酶激活因子的功能。该研究为进一步阐明甘油脱水酶的激活机制及1,3一丙二醇的高效生产奠定了基础。     

弗氏柠檬酸菌甘油脱水酶激活因子基因的克隆、表达与功能鉴定

1,3-丙二醇是一种重要的化工原料,其生物法生产的研究逐渐受到的关注。研究以弗氏柠檬酸菌的总DNA为模板,通过PCR分别扩增出约1.8kb（dhaF）和0.4kb（dhaG）的两个基因片段分别编码甘油脱水酶激活因子大、小亚基, 连接于pMD-18T载体,测序分析显示与GenBank中相关基因的相似性最高为86%。将两基因以多顺反子的方式与pSE380连接构建表达载体,并在大肠杆菌中进行高效表达,表达量占总蛋白的30%。将高效表达的激活因子用金属亲合层析和分子筛进行了纯化,得到电泳纯级的甘油脱水酶激活因子,SDS-PAGE分析显示：大、小亚基分子量约为63kDa和12kDa;非变性胶分析显示：全酶的分子量约为150kDa,经扫描分析推测甘油脱水酶激活因子很有可能是以α2β2方式结合的。以弗氏柠檬酸菌甘油脱水酶为研究对象,进行激活实验,结果证实该激活因子具备甘油脱水酶激活因子的功能,为进一步阐明甘油脱水酶的激活机制及1,3-丙二醇的高效生产奠定了基础。