大肠杆菌酪氨酸转运系统基因敲除对酪氨酸生产的影响

酪氨酸是三大芳香族氨基酸之一,广泛用于食品、医药和化工等领域。转运系统工程为代谢工程改造大肠杆菌选育酪氨酸生产菌株提供了一种重要的研究策略。大肠杆菌中酪氨酸胞内转运主要通过aroP和tyrP基因编码的通透酶进行调控。以酪氨酸生产菌株HGXP为出发菌株,利用CRISPR-Cas9技术成功构建了aroP和tyrP基因敲除菌,并通过发酵试验考察了调节转运系统对酪氨酸生产的影响。发酵结果表明,aroP和tyrP基因敲除菌酪氨酸产量分别达到3.74 g/L和3.45 g/L,较出发菌株酪氨酸产量分别提高了19%和10%。对诱导温度进行了优化,结果表明38℃为最佳诱导温度。在3 L发酵罐上进行了补料分批发酵,aroP和tyrP基因敲除菌酪氨酸产量进一步提高至44.5 g/L和35.1 g/L,较出发菌株酪氨酸产量分别提高了57%和24%。研究结果对代谢工程强化大肠杆菌生产酪氨酸具有重要的参考价值。     

北京棒杆菌芳香族氨基酸转运蛋白基因敲除对L-色氨酸积累的影响

[目的]为了减少北京棒杆菌PD-67(Corynebacterium pekinense PD-67)从细胞外吸收色氨酸,降低细胞内色氨酸库的浓度,从而使色氨酸的反馈控制作用减弱,增加胞外L-色氨酸的积累量,构建北京棒杆菌PD-67的芳香族氨基酸转运蛋白基因aroP敲除的菌株,研究aroP基因敲除对菌株L-色氨酸积累的影响.并进一步研究在aroP敲除菌株中表达邻氨基苯甲酸合成酶(AS)基因对L-色氨酸积累的影响.[方法]运用PCR技术扩增aroP基因,与整合质粒连接后,用限制性内切酶法构建带有内部片段缺失的aroP基因的敲除载体.利用同源重组技术,敲除北京棒杆菌PD-67的aroP基因,构建菌株PD-67 ΔaroP,并用带有aroP基因的表达载体对PD-67ΔaroP进行互补验证.采用PCR技术扩增AS基因,与表达载体连接构建重组质粒.将重组质粒转入菌株PD-67ΔaroP,构建工程菌株PD-67 ΔaroP/pXAS.通过摇瓶发酵研究PD-67 AaroP和PD-67 ΔaroP/pXAS的发酵特性.[结果]经PCR验证获得了aroP基因缺陷的菌株.摇瓶发酵结果表明,与出发菌株相比,PD-67ΔaroP的L-色氨酸的积累量提高了65％.酶活分析结果表明,AS基因在菌株PD-67 △aroP中得到表达.AS基因表达使工程菌单位菌体产酸率提高了25.6％.[结论]北京棒杆菌PD-67中芳香族氨基酸转运蛋白基因arop的敲除能够提高胞外L-色氨酸的积累量.在arop基因敲除菌中表达AS基因,可以进一步提高工程菌的产酸率.     

pta基因敲除对L-色氨酸发酵的影响

[目的]探究pta基因缺失对大肠杆菌发酵生产L-色氨酸的影响.[方法]运用Red重组技术敲除pta基因,构建pta缺失株E.coli TRTH△pta.利用30 L发酵罐进行分批补料发酵试验,考察重组菌E.coliTRTHApta发酵0生产L-色氨酸过程中生物量、L-色氨酸产量、有机酸含量、发酵液中NH4+浓度及变化....     

大肠杆菌ptsG基因的敲除及其对L-phe生产的影响

L-phe是重要的食品和医药中间体,用大肠杆菌发酵葡萄糖生成phe时,对葡糖糖转运起重要作用的磷酸烯醇丙酮酸糖磷酸转移酶系统(PTS)对phe产量合成有很大影响,在大肠杆菌PTS系统中,葡糖糖主要由ptsG基因编码的葡萄糖特异性转运蛋白酶ⅡCBGlc转运入细胞,通过基因敲除技术获取ptsG缺陷菌株,可以减少菌株对葡糖糖的摄取,减少乙酸的生成,利于菌株的高密度发酵和相关代谢中间物获得。利用Red同源重组技术将大肠杆菌染色体上的ptsG基因进行敲除,得到PTS缺陷菌株MD-ptsG-。该菌株在以葡萄糖为惟一碳源的培养基中摇瓶培养,菌密度为对照菌株的3.5倍,L-phe产量提高12%。     

ppc基因敲除对大肠杆菌L-色氨酸发酵的影响

目的：减少大肠杆菌L-色氧酸前体物质磷酸烯醇式丙酮酸向草酰乙酸的代谢流,提高其L-色氨酸的产量。方法：以大肠杆菌TRTH0709为出发菌株,利用Red重组敲除技术敲除磷酸烯醇式丙酮酸羧化酶（Ppc）编码基因PPc,并经测序和酶活性检测确证;对出发菌株和基因敲除菌株进行L-色氖酸发酵,对比分析发酵结果。结果：测序和酶活性检测结果表明ppc基因被成功敲除。发酵结果表明,与出发菌株相比,基因敲除菌株TRTH0709△ppc生长速度减慢,最终生物量减少32％,L-色氯酸产量降低27％,但糖酸转化率提高6％;向发酵培养基中添加1％琥珀酸后,TRTH0709△ppc的生长速率和产酸量有所提高,但仍与出发菌株有一定差距。结论：虽然ppc基因敲除对菌体生长和产酸量影响较大,但能有效提高其糖酸转化率;选育Ppc弱化的突变株以达到减弱代谢流且不影响菌体生长,以及增加,L-色氨酸积累的目的,将是本研究今后的主要方向。     

模块化工程改造大肠杆菌生产L-色氨酸

L-色氨酸作为一种必需氨基酸,广泛应用于食品、饲料和医药等领域。目前,微生物法生产L-色氨酸存在转化率低等问题。为此,本研究通过敲除L-色氨酸操纵子阻遏蛋白(L-tryptophan operon repressor protein, trpR)、替换l-色氨酸弱化子(trpL)、引入抗反馈调节的aroG^fbr等,获得可积累11.80 g/L L-色氨酸的底盘菌株大肠杆菌(Escherichia coli)TRP3。在此基础上,将L-色氨酸合成途径分为中心代谢途径模块、莽草酸(shikimic acid, SA)途径至分支酸(chorismic acid, CHA)模块、分支酸至L-色氨酸模块,并借助启动子工程,通过平衡中心代谢途径模块、莽草酸途径至分支酸模块、分支酸至L-色氨酸模块,获得工程菌E.coli TRP9。在5 L发酵罐中,工程菌E.coli TRP9的L-色氨酸产量提升至36.08 g/L,糖酸转化率提升至18.55%,达到理论转化率的81.7%。本研究利用模块工程策略,构建了高产L-色氨酸生产菌株,为l-色氨酸的规模化生产奠定了良好的基础。     

大肠杆菌磷酸烯醇式丙酮酸-糖磷酸转移酶系统改造对产L-色氨酸的影响

L-色氨酸是芳香族氨基酸的一种,被广泛应用于医药、食品和饲料等领域。大肠杆菌磷酸烯醇式丙酮酸-糖磷酸转移酶系统(PTS系统)在葡萄糖转运和磷酸化过程中起重要作用,是糖代谢基因表达调控的核心。利用Red同源重组系统,构建包含两类典型PTS系统突变(ptsHIcrr~-glf-glk~+和ptsG~-)的L-色氨酸生产菌,并对相关菌株进行补料分批发酵研究。结果表明,不同类型PTS系统突变对菌体生长、L-色氨酸产量、糖酸转化率及副产物生成均有较大影响。与出发菌相比,ptsHIcrr~-glf-glk~+突变株最高OD_(600)达到125,提高47.0%,产酸38.5 g/L,提高25.9%,糖酸转化率16.7%,提高26.5%,乙酸生成略有增加;ptsG~-突变株最高OD_(600)达到100,提高17.6%,产酸33.4 g/L,提高9.4%,糖酸转化率15.5%,提高17.4%,乙酸生成略有减少。对葡萄糖转运系统的进一步研究将为大肠杆菌合成L-色氨酸效率的提升提供帮助。     

大肠杆菌ptsHI-crr基因的敲除及其对苯丙氨酸生产的影响

L-苯丙氨酸(L-phenylalanine)是重要的食品和医药中间体。利用大肠杆菌发酵葡萄糖生产苯丙氨酸时,对葡萄糖转运起重要作用的磷酸烯醇丙酮酸糖磷酸转移酶系统(PTS)对苯丙氨酸产量有很大影响。由ptsHI-crr操纵子编码的磷酸组氨酸载体蛋白(HPr),酶I(EI)和酶IIAGlc是PTS的必要组分,通过敲除ptsHI-crr得到PTS缺陷菌株,可以使葡萄糖代谢更多地流向苯丙氨酸生物合成。采用Red同源重组技术将大肠杆菌染色体上的ptsHI-crr基因替换为四环素抗性基因,得到PTS缺陷菌株。该菌株在以葡萄糖为惟一碳源的培养基中摇瓶培养,菌密度为对照菌株的2.7倍,苯丙氨酸产量为对照菌株的6.3倍。     

大肠杆菌发酵生产L-色氨酸工艺简析

本文对L-色氨酸进行了简要概述,指出利用大肠杆菌工程菌直接发酵生产L-色氨酸为国内主流方法,并对其成熟的发酵工艺控制、提取工艺进行了简析,并指出部分可进一步优化的工艺点。其中发酵工艺简析包括菌种培养基增加一定溶度抗生素和控制发酵温度来控制质粒稳定性;分析物料作用并提出优化后的种子、发酵培养基组成;菌种无需控制溶氧,而发酵则用溶氧反馈补料;控制乙酸和氨氮浓度、顺序升温缩短周期降低抑制性副产物作用。分离提取工艺简析包括硫酸酸化p H2-3,陶瓷膜过滤并控制滤液平均单位为14000-18000u/ml,阳离子树脂纯化,醋酸调p H5.89,0.5%活性炭60℃脱色20-30min,蒸发浓缩结晶,纯化水洗涤整条工艺路线。     

大肠杆菌基因无痕敲除技术及策略

基因敲除技术是大肠杆菌基因组减小和代谢途径改造的有效手段,其中基于同源重组原理的基因无痕敲除技术显现出其他技术所不具备的应用优势和发展潜力。该技术可以快速敲除大肠杆菌基因组中的目标基因,并且在基因组中不残留任何外源片段,所以不会干扰后续的基因操作。我们分类介绍了无痕敲除技术中所涉及载体的结构、功能及其相应的敲除策略,着重介绍了无痕敲除技术的原理及载体构建方法。     

重组大肠杆菌生产L-色氨酸发酵条件优化

为了提高重组大肠杆菌FB讲／pSV－04发酵生产L－色氨酸的产量,减少代谢副产物乙酸的生成,考察了比生长速率和无机盐对重组大肠杆菌发酵生产L．色氨酸的影响。在确定了合适的比生长速率和无机盐浓度之后,乙酸积累很少,L-色氨酸的产量为53．4g／L,比优化前提高了141．6％。经30L发酵罐初步放大,L－色氨酸的产量达53．6g／L,发酵结果稳定,具有工业化应用前景。     

大肠杆菌MetD运输系统缺失对蛋氨酸积累的影响

【目的】构建MetD运输系统缺失突变株,研究该运输系统功能缺失对Escherichia coli W3110蛋氨酸吸收和积累的影响。【方法】通过RT-qPCR比较MetJ阻遏调控解除菌株和野生株E.coli metNIQ表达量的变化,并分析蛋氨酸吸收速度的变化;利用Red同源重组系统分别敲除metNIQ基因簇、metN、metI和metQ,构建MetD运输功能缺失的突变株,研究蛋氨酸吸收速度的变化及对蛋氨酸积累的影响。【结果】MetJ阻遏调控解除后,metNIQ的表达量和蛋氨酸吸收速度显著增加。通过敲除E.coli W3110和Me05的metNIQ,MetD运输系统缺失导致蛋氨酸吸收速度下降。另外,分别敲除用于产蛋氨酸基座菌株Me06的metNIQ基因簇、metN、metI和metQ。生长曲线和摇瓶发酵结果表明,metI的敲除促进菌体的生长和蛋氨酸的合成,蛋氨酸的产量从0.39 g/L提高到0.45 g/L,提高了15.4%,蛋氨酸产率从0.14 g/g DCW提高到0.15 g/g DCW。【结论】E.coli MetD功能的缺失能够降低蛋氨酸的吸收速度,敲除metNIQ基因簇上的metI能够提高蛋氨酸产量。     

温度对大肠杆菌L-色氨酸发酵过程的影响

目的：研究变温控制对大肠杆菌TRTH L-色氨酸补料分批发酵过程中生物量、色氨酸产量、比生长速率及质粒稳定性的影响。方法：利用5L自控发酵罐对L-色氨酸补料分批发酵过程进行温度控制,对不同温度下相关参数进行分析比较,确定优化的温度控制方案。结果：以30-36％顺序升温的工艺进行发酵得到理想结果,与单一温度控制策略相比,L-色氨酸产量提高了15．4％;色氨酸的比合成速率提高了21．6％;质粒稳定性增加,未出现质粒丢失现象,质粒拷贝数保持在恒定水平。结论：温度对大肠杆菌L-色氨酸发酵有重要影响。     

不同碳源对大肠杆菌lpdA突变菌累积丙酮酸的影响

为了利用大肠杆菌构建模式"细胞工厂",必须了解在构建过程中各种因素的影响。本研究选用敲除了lpdA基因的大肠杆菌作为模型细胞,考察了该突变菌在合成培养基中利用葡萄糖、果糖、木糖和甘露糖累积丙酮酸的能力。结果显示,在初始糖浓度为10g/L的情况下,lpdA突变菌可以很好地利用葡萄糖、果糖、木糖和甘露糖转化丙酮酸,其得率分别达到了0.884g/g、0.802g/g、0.817g/g和0.808g/g,且在以葡萄糖、果糖和木糖发酵时,丙酮酸的积累过程与细胞生长偶联。甘露糖发酵的情况则不同:菌浓度很快达到平台期,随后丙酮酸积累和甘露糖消耗都表现为线性变化。当在考察了不同的接种量对lpdA突变菌发酵葡萄糖的影响时发现,大接种量能加快葡萄糖消耗速率、丙酮酸的积累速率和细胞生长速率,但丙酮酸得率却明显下降。这些结果对构建以大肠杆菌为母体的模式"细胞工厂"有参考价值。     

TonB-independent ferrioxamine B-mediated iron transport in Escherichia coli K12

Two variants of Escherichia coli heat-stable enterotoxin Ip, in which the amino acid residue at position 11 was substituted with lysine or arginine, were purified to near homogeneity from the culture supernatants of toxin-producing mutant strains. Neither the purified heat-stable enterotoxin Ip(Lys-11) nor the purified heat-stable enterotoxin Ip(Arg-11) showed a positive response in the suckling mouse assay or in the mouse intestinal loop assay. Furthermore, live bacteria producing these mutant heat-stable Ip enterotoxins did not cause fluid accumulation in mouse intestinal loops, in contrast to bacteria producing native heat-stable enterotoxin Ip. Nevertheless, antisera raised against both heat-stable enterotoxin Ip(Lys-11) and heat-stable enterotoxin Ip(Arg-11) neutralized the enterotoxic activity of native heat-stable enterotoxin Ip. These results demonstrate that heat-stable enterotoxin Ip(Lys-11) and heat-stable enterotoxin Ip(Arg-11) lose enterotoxicity but retain epitopes which are common to native heat-stable enterotoxin Ip.     

Escherichia coli K12 arabinose-binding protein mutants with altered transport properties.

The arabinose-binding protein (ABP) of Escherichia coli binds L-arabinose in the periplasm and delivers it to a cytoplasmic membrane complex consisting of the AraG and AraH proteins, for uptake into the cell. To study the interaction between the soluble and membrane components of this periplasmic transport system, regions of the ABP surface containing the opening of the arabinose-binding cleft were subjected to site-directed mutagenesis. Thirty-eight ABP variants containing one to three amino acid substitutions were recovered. ABP variants were expressed with wild-type AraG and AraH from a plasmid, in a strain lacking the chromosomal araFGH operon, and the whole cell uptake parameters, Ven (maximum initial velocity of arabinose entry) and K(en) (concentration of arabinose yielding half-maximal entry) were determined. Twenty-four mutants had normal Ven values, 3 mutants had Ven and K(en) values twice wild type, and 11 mutants had Ven and K(en) values 20-50% of wild type. Binding proteins that had altered uptake properties were each expressed, processed, and localized to the periplasm at levels equivalent to wild type. The mutant binding proteins behaved the same as wild type during purification, and each had a Kd (dissociation constant for bound arabinose) comparable to that of wild-type ABP. Mutations that resulted in altered uptake identified nine amino acids surrounding the arabinose-binding cleft, all of which are charged in the wild-type protein, and all of whose side chains project outward from the cleft. The evidence suggests that this surface of the binding protein and these nine charged loci play a major role in ABP interactions with the membrane complex.