破坏细胞壁蛋白CWP2基因提高重组酿酒酵母β-葡萄糖苷酶胞外酶活

【背景】重组酿酒酵母广泛应用于生产工业酶和药用蛋白,但是目前仍旧存在异源蛋白产量低、分泌效率差的问题,限制了生产应用。【目的】提高重组酿酒酵母异源分泌蛋白的能力,构建高效的异源蛋白生产细胞工厂。【方法】采用基于CRISPR/Cas9的基因组编辑技术,以生产β-葡萄糖苷酶的重组酿酒酵母Y294-BGL为出发菌株,构建细胞壁蛋白基因CWP2破坏菌株。【结果】与出发菌株相比,破坏CWP2的破坏菌株在发酵96 h时胞外β-葡萄糖苷酶酶活可提高53%,胞内酶活提高了208%。此外,破坏菌生长未受到影响,对弱酸等环境胁迫的耐性没有下降,未造成过多内质网胁迫。进一步检测发现,破坏菌株胞内活性氧水平下降,同时蛋白胞内运输和分泌途径相关的关键基因表达转录及多个细胞壁生物合成相关基因表达下降。【结论】破坏细胞壁蛋白基因CWP2能够提高异源蛋白β-葡萄糖苷酶的胞外酶活,可作为促进酿酒酵母生产异源蛋白的靶点基因。     

复合与合成培养基对大肠杆菌胞外生产α-环糊精葡萄糖基转移酶的影响

为实现来源于Paenibacillus macerans JFB05-01的α-环糊精葡萄糖基转移酶（α-CGT酶）的高效胞外表达,以含分泌型信号肽OmpA的大肠杆菌E.coli BL21（DE3）{pET-20b（+）/α-cgt}为研究对象,比较了其在不同诱导条件下复合与合成培养基中生长产酶的规律。结果表明在添加甘氨酸的条件下采用合成培养基,以0.8 g/L/h的乳糖进行流加诱导所得的胞外酶活和生产强度最高。在该条件下发酵30小时后胞外α-CGT酶的环化活性达113.0U/ml（水解活性为79 100.0IU/ml）,是复合培养基胞外产酶的2.3倍,完全满足工业化生产的需求。     

分子伴侣共表达对嗜热环糊精葡萄糖基转移酶异源可溶性表达的影响

【目的】通过优化表达条件,提高嗜热环糊精葡萄糖基转移酶(CGTase)的可溶性表达和胞外酶活性。【方法】构建含cgt基因的重组表达质粒p ET-28a(+)-omp A-cgt,筛选最适诱导温度,并构建5种分子伴侣共表达系统(p KJE8、p KJE7、p Gro7、p Tf16和p G-Tf2,5种分子伴侣质粒分别与重组表达质粒p ET-28a(+)-omp A-cgt共表达),筛选最适分子伴侣质粒,优化共表达条件。【结果】通过SDS-PAGE分析和测定胞外酶活,CGTase基因在大肠杆菌中实现表达,且具有一定量的重组CGTase分泌至胞外;25°C诱导时CGTase的可溶性表达和在胞外上清中的酶活都最高;分子伴侣质粒p KJE8使酶的胞外活性提高了48.6%,效果最为显著;当L-阿拉伯糖浓度为0.5 g/L时,分子伴侣质粒p KJE8使酶的胞外活性提高了68.5%。【结论】通过优化表达条件及使用分子伴侣共表达系统提高了环糊精葡萄糖基转移酶的可溶性表达和胞外酶活,为该酶进一步相关研究奠定了基础。     

不同化学物质对银耳孢子细胞膜通透性影响

为了提高外源基因表达胞外分泌水平,本研究通过测定不同化学物质对银耳孢子转化子细胞生物量、培养液电导率及胞外漆酶酶活的影响,探索不同化学物质对银耳孢子细胞膜通透性的影响。结果表明,浓度分别为1%、0.3%、0.2%和0.1%的二甲基亚砜、triton X‐100、氯化钾、两性霉素B均可显著提高电导率;同时银耳孢子胞外漆酶酶活分别提高至7.00U/L、6.67U/L、5.00U/L和5.00U/L,与对照达到显著差异。而表面活性剂(SDS)及有机溶剂(甲苯、戊二醛)则不利于银耳孢子的生长及漆酶的分泌。该研究结果显示,添加一定的化学物质对促进目标产物的外泌有较为明显的作用,这将为银耳孢子作为生物反应器高效表达外源基因提供科学依据。     

长枝木霉eg1基因的克隆及表达

从长枝木霉3.1029基因组中克隆了内切葡聚糖酶EGI基因,该基因全长1 566 bp,由3个外显子2个内含子组成,编码461个氨基酸,编码蛋白的N端为22aa组成的信号肽。采用重叠PCR法获得无内含子的内切葡聚糖酶基因eg1,构建成pYE-Leg1重组质粒;同时将其成熟肽编码序列插入酿酒酵母分泌型表达载体pYEα中,构建成pYEα-Leg1重组质粒;分别转化酿酒酵母。重组转化子经β-半乳糖诱导,检测表达产物的酶活,结果表明,pYE-Leg1转化子无明显胞外酶活;而pYEα-Leg1转化子在刚果红平板上可产生明显的水解圈,酶活检测显示pYEα载体可有效地将该基因在酿酒酵母中表达并分泌到胞外,发酵液中的酶活在培养96 h达到最高1.16 U/mL,最适酶解温度为50℃,最适pH值为5.6。以上研究将为利用酿酒酵母生产胞外纤维素酶提供依据。     

长野芽胞杆菌(Bacillus naganoensis)普鲁兰酶在大肠杆菌中的活性表达与分泌调控

[目的]从长野芽胞杆菌(Bacillus naganoensis)JNB-1中克隆出普鲁兰酶基因并在大肠杆菌系统中表达,通过优化诱导条件和使用化学添加剂提高了胞外酶活.[方法]采用PCR方法,从B.naganoensis基因组中扩增出普鲁兰酶基因pul,构建重组菌E,coli BL21/pET-20b-pul.通过优化,确定优化后的IPTG诱导条件以及甘氨酸、Na+的最佳添加参数.[结果]普鲁兰酶在大肠杆菌中得到有效表达,其相对分子质量为ll9kDa.在优化后的诱导条件(诱导温度20℃,IPTG终浓度0.4 mmol/L,在菌体OD600至1.2时诱导)下,普鲁兰酶的总酶活达到10.8 U/mL.添加甘氨酸和Na+均能有效促进普鲁兰酶的分泌.在诱导时添加终浓度0.08 mol/L的甘氨酸和0.2 mol/L Na+,胞外酶活提高至8.1 U/mL,是不加任何添加剂的10.3倍.[结论]该重组菌的构建为普鲁兰酶制剂的工业生产提供了有价值的菌株,对化学添加剂促进分泌的研究也为重组酶的高水平胞外生产提供了有效的方法.     

出芽短梗霉胞外酸性漆酶

通过愈创木酚法平板检测10株出芽短梗霉,发现5株菌能够分泌胞外多酚氧化酶,反应最适pH在2.0左右,均属于酸性多酚氧化酶。菌株NG的酶活最高,达110 U/mL。添加H2O2、EDTA以及过氧化氢酶不显著影响菌株NG胞外酶活,表明NG分泌的多酚氧化酶中不含有锰过氧化物酶（MnP）和不依赖Mn2＋的过氧化物酶（MiP）,属于漆酶（Lac）。     

黑木耳原种胞外酶活性的研究

目的：研究黑木耳菌株原种胞外酶活分泌特性,为进行大规模生产用种早期判定提供检测手段。方法：以9个黑木耳栽培菌株的原种为实验材料,分别测定了其胞外漆酶、多酚氧化酶、羧甲基纤维素酶、滤纸维素酶的酶活性变化。结果：胞外漆酶、多酚氧化酶、纤维素酶活性的变化趋势大致相似,酶活随培养时间呈规律性的升高、降低,除个别菌株（3、6）外,不同菌株同种酶活性差别不大,酶活相对较高的菌株有2、3、6、9号。不同菌株酶活高峰出现的时间有差异,较早的出现在培养的第10d,较晚的出现在培养的第70d。结论：被测菌株胞外酶活存在一定的规律性,利用该规律性可检测菌种退化、老化和不利变异。     

β-胡萝卜素对阿魏蘑漆酶基因表达及其相关蛋白的影响

前期研究发现β-胡萝卜素为阿魏蘑和胶红酵母共培养过程中提高漆酶活性的关键因子。为了探究共培养过程中β-胡萝卜素的作用机制,本论文扩增并分析了漆酶编码序列及其上游调控序列,通过qRT-PCR、双向电泳等技术对加入β-胡萝卜素条件下漆酶基因表达及相关蛋白的变化进行了研究。扩增得了到阿魏蘑漆酶基因LAC-CDS,该基因长1 566 bp,含有最为保守的漆酶特征氨基酸序列-L3;漆酶上游序列中存在若干个潜在的XRE、STRE等与胁迫响应相关的元件,它们可能对漆酶的转录进行了调控;β-胡萝卜素加入后,漆酶基因转录表达量在发酵第5 d达到最高,为对照的6倍;双向电泳得到阿魏蘑胞内9个差异蛋白点,它们大多与蛋白质合成以及生物体能量代谢有关。实验结果表明β-胡萝卜素诱导了漆酶基因的高水平转录,并影响胞内多种蛋白的合成,这为进一步提高漆酶的发酵水平提供了理论依据。     

重组大肠杆菌高效分泌表达β-木糖苷酶发酵条件的优化

[目的]嗜热拟青霉β-木糖苷酶基因在大肠杆菌中高效分泌表述重组β-木糖哥酶摇瓶发酵条件优化,及5 L发酵罐放大培养.[方法]通过单因素试验对诱导剂种类及其添加量、诱导起始 OD600、培养温度、培养时间进行优化研究.[结果]摇瓶优化结果表明:2％乳糖为诱导剂、培养温度为33℃C、OD600控制在0.8-0.9时诱导为最佳产酶条件,在此条件下培养48 h后胞外酶活达到103.9 U/mL,胞外分泌的比例高达99％以上.进行5L发酵罐放大培养,发酵48 h胞外酶活达到最高值392.5 U/mL,蛋白含量为10.1 g/L.[结论]该重组大肠杆菌高效分泌β-木糖苷酶,具有较好的工业化生产前景.     

云南高原湖泊抚仙湖和星云湖的酵母菌胞外酶活性

【背景】高原湖泊因其海拔高、气压低、辐射强、氧气含量低,是一类特殊环境,而其中的微生物是高原湖泊生态系统物质循环与能量流动的重要参与者,其胞外酶活性的表现决定其适应这一特殊环境的方式与能力。【目的】对分离自云南高原湖泊抚仙湖和星云湖湖水的酵母菌进行产胞外酶活性的筛选,以期获得具有潜在应用价值的活性菌株。【方法】在5°C和25°C培养温度下,采用平板筛选法对两个湖泊酵母菌进行产胞外蛋白酶、纤维素酶、淀粉酶、脂肪酶、几丁质酶、木聚糖酶、植酸酶、菊粉酶、漆酶、锰依赖过氧化物酶和木质素过氧化物酶活性的筛选。【结果】抚仙湖和星云湖的所有测试酵母菌菌株至少都能产1种胞外酶,且主要产植酸酶、菊粉酶和淀粉酶;其次为脂肪酶、纤维素酶、木聚糖酶、锰依赖过氧化物酶和木质素过氧化物酶;产几丁质酶、蛋白酶和漆酶的酵母菌很少,星云湖酵母菌都不产漆酶。培养温度为5°C时,抚仙湖和星云湖的酵母菌产5种及5种以上胞外酶的活性菌株数均多于25°C。【结论】抚仙湖和星云湖的酵母菌产胞外酶菌株多样性丰富,胞外酶种类多样,产酶酵母菌可能参与高原湖泊生态系统的物质循环;筛选得到的产胞外酶菌株为开发与利用高原湖泊酶资源提供了良好的种质资源,具有进一步研究的价值。     

重组布氏乳杆菌漆酶表达的研究

本研究将杏鲍菇漆酶基因接入食品级宿主细胞乳酸杆菌中,成功构建重组工程乳酸菌。为筛选出单个转化菌株,将重组工程乳酸菌液涂布到含有红霉素的固体MRS培养基中,挑取白色菌落直接进行PCR,筛选阳性重组子。并提取筛选到的阳性重组子质粒,进一步进行PCR验证。将验证过确实存在漆酶基因的阳性重组子涂布到含有愈创木酚的固体培养基中进行培养,菌落颜色变成红棕色表明具有分泌漆酶的能力,挑取颜色变化较深的菌落,测定其酶活。成功筛选到具有产漆酶能力的重组工程乳酸菌,对其适宜温度、酸碱度进行了研究。具有分泌漆酶能力的乳酸菌若能作为青贮饲料的添加剂,将大大提高青贮饲料的利用率及品质。     

姬松茸在两种培养基上生长期间九种胞外酶活性变化*

栽培在棉籽壳和麦草培养基上的姬松茸具有完整的胞外纤维素酶系;胞外CMC酶、FP酶、HC酶和蛋白酶活性呈周期性变化,其活性高峰对应于子实体的成熟期;胞外淀粉酶、漆酶和过氧化物酶在菌丝生长阶段活性较高,以后逐渐下降;胞外果胶酶和β-葡萄糖苷酶活性在整个栽培过程中变化不大;棉籽壳和麦草两种培养基中的九种胞外酶的活性变化趋势差异不大。     

姬松茸在两种培养基上生长期间九种胞外酶活性变化

栽培在棉籽壳和麦草培养基上的姬松茸具有完整的胞外纤维素酶系;胞外CMC酶、FP酶、HC酶和蛋白酶活性呈周期性变化,其活性高峰对应于子实体的成熟期;胞外淀粉酶、漆酶和过氧化物酶在菌丝生长阶段活性较高,以后逐渐下降;胞外果胶酶和β-葡萄糖苷酶活性在整个栽培过程中变化不大;棉籽壳和麦草两种培养基中的九种胞外酶的活性变化趋势差异不大。     

姬松茸在两种培养基上生长期间九种胞外酶活性变化

栽培在棉籽壳和麦草培养基上的姬松茸具有完整的胞外纤维素酶系;胞外CMC酶、FP酶、HC酶和蛋白酶活性呈周期性变化,其活性高峰对应于子实体的成熟期：胞外淀粉酶、漆酶和过氧化物酶在菌丝生长阶段活性较高,以后逐渐下降;胞外界胶酶和β－葡萄糖苷酶活性在整个栽培过程中变化不大;棉籽壳和麦草两种培养基中的九种胞外酶的活性变化趋势差异不大。     

酶在食,药用菌菌种选育中的应用

食、药用菌无论是在自然界,还是人工栽培,它们都依赖于自身分泌出来的胞外酶,分解基物材料中的多聚体纤维素和木素作为自己的营养源。在相同条件下,不同菌株受基物诱导而产生的胞外纤维素酶和漆酶的能力的差异,就必然表现出在适应性和对基物的降解利用能力上的差异。...     

UTH1基因破坏提高重组酿酒酵母分泌β-葡萄糖苷酶

异源蛋白质分泌效率低限制了重组酿酒酵母的多种药用蛋白和工业酶生产。挖掘促进蛋白质生物合成和分泌的关键基因,是提高异源蛋白质生产效率的重要手段。酿酒酵母细胞壁完整性影响异源蛋白质分泌,本研究利用基于CRISPR/Cas9的基因组编辑技术,破坏了重组酿酒酵母Y294-BGL1中参与细胞壁合成的未知功能基因UTH1,发现所获得的突变体胞外β-葡萄糖苷酶酶活比出发菌株提高112.9%,而细胞壁完整性下降。对促进产酶的分子机理进行探索,发现突变体产酶条件下与细胞壁完整性相关的关键基因和与蛋白质分泌途径相关的基因转录出现明显差异,提示UTH1基因破坏不仅影响细胞壁完整性关键基因的表达,也影响蛋白质分泌途径。本文的研究结果有助于深入理解UTH1的基因功能,并为构建异源蛋白质高分泌酵母菌株提供了借鉴。     

草菇基因组中11个漆酶同源基因的生物信息学分析及铜离子对其表达的影响

通过分析草菇基因组中11个漆酶同源基因所编码的蛋白的性质、转录调控元件和测定铜离子存在条件下的草菇漆酶活性及11个漆酶基因的转录水平,揭示了草菇漆酶基因的各自特性、差异以及基因功能与进化机制。分析表明,这11个漆酶同源基因编码的蛋白具有508–562aa个氨基酸,分子量和理论等电点分别为56.25–60.75kDa和4.51–6.18（未经翻译后修饰）,且都具有真菌漆酶铜离子结合区域的特征序列、4个能够结合催化底物的环形结构以及信号肽序列,都属于分泌性的胞外蛋白,但其底物结合位点数目、loop序列的一致性、跨膜区域数目和位置以及信号肽位置等存在较大差异。草菇11个漆酶起始密码子上游2 000bp的序列中含有真核生物的基本转录调控元件（TATA-box,CAAT-box及GC-box）和多个潜在的调控元件（MRE、XRE、STRE、HSE、ARE、TRE、NIT元件等）,但每个基因所含调控元件数目及种类各有不同。在液体培养条件下,铜离子能够诱导除vv-lac2、vv-lac3和vv-lac7之外的其余8个草菇漆酶基因的表达,且适宜浓度的铜离子有助于草菇漆酶活性的增加。     

漏斗多孔菌液体发酵产漆酶条件研究

采用单因子实验分析了培养基成分及初始pH对漏斗多孔菌液体发酵产漆酶的影响。结果表明,米糠和甘蔗半纤维素组成复合碳源、NH4Cl和高C/N有利于漆酶的产生,Cu2+、米糠水解液和萘乙酸对漆酶合成具有诱导作用,1-萘酚、愈创木酚、联苯胺、乙醇、吐温80等抑制漆酶的合成,Cu2+和萘乙酸同时存在时也限制漆酶的产生,产酶培养基最适初始pH为5.2-5.7。利用优化的产酶培养基液体摇瓶培养漏斗多孔菌A08,产酶活力提高0.95倍,达到1480U/L。     

同源过表达mhr2基因可提高嗜热毁丝霉纤维素酶活性

为寻找新型的与纤维素酶相关转录调控因子,以嗜热毁丝霉(Myceliophthora thermophila ATCC42464)为研究材料,通过克隆嗜热毁丝霉mhr2基因序列,构建重组过表达载体,转化并筛选到转化子Mt O24中mhr2基因表达量比野生型菌株高204倍。蛋白浓度及酶活测定的结果显示,诱导培养72 h,转化子胞外蛋白浓度和滤纸酶活分别是野生菌的1.58和1.30倍;非诱导培养144 h,转化子胞外蛋白浓度和滤纸酶活分别是野生菌的1.87和1.49倍。实时荧光定量PCR的结果表明,转化子中主要纤维素酶基因egl1、egl3和cbh1、cbh2的表达量均有显著提高。研究初步证实了mhr2基因具有调控纤维素酶基因表达的功能。