抗噬菌体重组钝齿棒杆菌的生理稳定性

为了探索抗噬菌体重组钝齿棒杆菌的应用可行性,对重组质粒pJL23-cglⅠ在钝齿棒杆菌中的稳定性以及其对宿主细胞生长代谢的影响进行了研究。实验结果表明,重组质粒在钝齿棒杆菌中具有较好的稳定性,它在钝齿棒杆菌中的存在对重组菌株的早期生长有些影响,但未影响重组菌株的谷氨酸产生量。     

谷氨酸棒状杆菌质粒pXZ 10145的限制酶图谱和嵌合质粒的组建

从谷氨酸棒状杆菌中已经分离到质粒pxzl0145,该质粒带有氯霉素抗性。通过电子显微镜和BamH I酵切后在1％琼脂糖凝胶电泳上测定pXZl0145质粒的大小为5．3kb。用Bam—HI、PstI、EcoRI、saII等限制酶进行酶切,并用BamH I+sa1 I、BamH I+Pst I、Pst I+sal I、EcoR I+Pst I、EcOR I+BamH I等双重酶切,得到pxzlol45限制性内切酶的图谱。证明BamH I和Pst I为单一酶切点。将pxzl0 145与pBR322利用BamH I切点连接得到一嵌台质粒pxz34。这一质粒能在大肠杆菌中复制,在大肠杆菌中表现有氨苄青霉素和氯霉素的抗性,但是抗氯霉素的能力大大降低,只抗2Y／ml。     

质粒pXZ10145核苷酸序列测定和分析

以Sanger双脱氧中止法为原理,利用美国ABI公司370A自动核酸序列分析仪,我们测定了谷氨酸棒杆菌质粒pxzl0145全长4887bp的核苷酸序列,该质粒上存在包括ApaI等18种限制酶的单一切点,其它限制酶切点的数目和位置也被定出,质粒上有8个可能的阅读框架,通过序列分析,我们确定了pxzlO145断裂生成缺失突变体pNAT65的两侧位点,在两个断裂点上发现存在“ATCTAGC”7个碱基的同向重复序列。     

谷氨酸棒杆菌基因缺失菌株的定点构建

通过目标基因内部缺失片段的获得以及DNA重组交换等技术的有效运用,在氨基酸工业重要生产菌谷氨酸棒杆菌中,成功地定点构建了两个目标研究基因的单基因缺失菌株和双基因缺失菌株,并通过了PCR和测序等方法的分析验证。     

代谢木糖重组谷氨酸棒杆菌的构建

为了使谷氨酸棒杆菌较好地利用木糖生产有机酸,将来自Escherichia coli K-12的木糖异构酶基因xylA构建到表达载体pXMJ19中,导入Corynebacterium glutamicum ATCC13032Δldh中,成功表达了该酶基因。结果表明:重组菌株在以木糖为唯一C源进行发酵时,木糖的消耗速率为0.54 g/(L·h),木糖异构酶比酶活约为0.54 U/mL;在以木糖和葡萄糖的混合糖为C源进行发酵时,菌株优先利用葡萄糖,在葡萄糖完全消耗后,菌株开始有效利用木糖;以木糖为唯一C源进行两阶段发酵时,琥珀酸的收率可达(0.62±0.003)g/g。     

以葡萄糖为底物一步法合成γ-氨基丁酸整合型重组钝齿棒杆菌的构建

[目的]为了构建一株直接利用廉价的葡萄糖合成γ-氨基丁酸的重组钝齿棒杆菌,将来自于植物乳杆菌γ-氨基丁酸合成途径的关键酶谷氨酸脱羧酶基因(lpgad)在产谷氨酸菌株钝齿棒杆菌中进行整合表达,实现葡萄糖到GABA的一步法生产.[方法]运用PCR技术扩增得到带有tac启动子的谷氨酸脱羧酶基因tacgad.通过重叠PCR的方法获得钝齿棒杆菌精氨酸合成途径关键酶N-乙酰谷氨酸激酶(NAGK)基因内部缺失型基因△argB.利用自杀载体pK18mobsacB构建同源整合载体pK18-△argB::tacgad,以△argB的上下游序列为同源臂,通过两次同源重组将tacgad基因整合到钝齿棒杆菌基因组,同时将NAGK基因argB灭活,利用蔗糖致死基因sacB反向筛选标记筛选得到谷氨酸脱羧酶的重组钝齿棒杆菌C.crenatum △argB::tacgad.重组钝齿棒杆菌以葡萄糖为底物进行发酵,测定GABA含量.[结果]重组菌C.crenatum △argB::tacgad成功表达谷氨酸脱羧酶,同时阻断了精氨酸合成途径对谷氨酸到GABA代谢途径的竞争,粗酶液基本检测不到NAGK活性,发酵液无精氨酸合成.通过96 h发酵,重组菌可积累约8.28 g/L的GABA.[结论]本研究通过将谷氨酸脱羧酶基因定向整合到钝齿棒杆菌精氨酸合成途径的关键酶基因argB内部,成功表达谷氨酸脱羧酶的同时阻断竞争途径精氨酸的合成.本研究为实现直接利用葡萄糖合成GABA的一步法生产奠定了基础.     

质粒pXZ101 45DNA转化棒杆菌原生质体的研究

用SDS处理谷氨酸棒杆菌1014(Corynebacterium glutamicum 1014),获得消除质粒的衍生株1014—6。通过质粒pXZl0145(Cmr)转化1014—6菌株的原生质体,研究了转化最适条件。0．6u／ml青霉素处理对数期菌体可明显提高转化效率。转化促进剂PEG以分子量6000,浓度30％为最佳。转化在37℃水浴进行3min效果最好。转化效率最高可达2×104转化子/μg DNA。质粒pXZ10145电已成功地转入钝齿棒杆菌B9(C．Crenatu B9)。并在新 宿主中基本保持稳定。     

钝齿棒杆菌N-乙酰谷氨酸激酶基因的克隆、序列分析及表达

以钝齿棒杆菌(Corynebacterium crenatum)野生株AS 1.542及产精氨酸突变株971.1的基因组为模板,用PCR方法扩增出N-乙酰谷氨酸激酶基因(argB)片段。核酸序列分析结果表明,该片段全长1505bp,包含一个ORF,推测此ORF区编码一条317个氨基酸的多肽,分子量为33.6kDa。C.crenatum野生株AS 1.542与突变株971.1的argB基因序列比较,发现只在结构区有一个核苷酸的差别但没有引起氨基酸变化。野生株AS 1.542argB基因的编码区核苷酸序列与C.glutamicumATCC 13032、Corynebacterium efficiensYS-314和Escherichia colik12的同源性分别是99.89%、76.62%和37.94%,而氨基酸同源性分别是100%、78.55%和25.25%。在C.crenatum argB基因上游存在启动子区域。经IPTG诱导该基因在棒杆菌中得到有效表达,野生株AS 1.542为宿主的重组子酶活明显提高。突变株971.1为宿主的重组菌酶活提高一倍,精氨酸积累提高约25%。     

谷氨酸棒杆菌基因编辑的研究进展

谷氨酸棒杆菌是生产氨基酸、有机酸等的重要菌株,广泛应用于食品、医药领域。利用基因编辑技术对谷氨酸棒杆菌进行基因功能研究,在提高目的产物产量、发现新的基因功能等方面有重要意义。近年来,基因编辑技术发展日新月异,从基于同源重组的传统基因编辑技术到以人工核酸酶介导的基因编辑均在谷氨酸棒杆菌中得到合理应用。其中,CRISPR技术以其快速、简便、编辑效率高等优点成为现阶段研究者用于改造谷氨酸棒杆菌的主要技术,但是更为简单、高效的编辑手段依旧需要进一步研究开发,以获得优良菌株应用于工业生产中。     

耐温谷氨酸棒杆菌的选育及其高温谷氨酸发酵代谢流量分析

采用基因组改组的方法选育获得的一株耐温谷氨酸棒杆菌F343,并比较了F343与其出发菌株S9114在39℃发酵谷氨酸时的发酵特性和代谢流量。结果表明:耐温菌F343的比生长速率、比谷氨酸积累速率可维持在较高的水平;通过发酵中后期代谢流量分析发现耐温菌F343在磷酸烯醇式丙酮酸(PEP)节点处,磷酸烯醇式丙酮酸羧化酶(PEPc)催化的CO_2回补支路反应代谢流增加;α-酮戊二酸(KG)节点处,谷氨酸氢酶(GDH)催化的产生谷氨酸的支路代谢通量增加。此外,高温发酵谷氨酸时,耐温菌F343高温发酵谷氨酸过程产生的乳酸等副产物较出发菌株S9114少。通过改善种子质量,F343在高温发酵30 h产酸达到10.1%,较出发菌株提高67%。     

盐生盐杆菌的质粒及其物理图谱

本文用４种不同的方法对１０株盐生盐杆菌是否含有质粒进行了检测,其中６株含有质粒,均属大质粒。几种检测方法中,以ＴＥＮＳ法效果好。Ｊ７菌株含有１种ＣＣＣ结构十分稳定的质粒,称之为ＰＨＨ２０５,其分子量较小,约为１６．７ｋｂ;拷贝数较高,为４９个／每个细胞。该粒在宿主的对数生长后期出现拷贝数高峰。通过限制性酶切分析,确定了５种酶在ＰＨＨ２０５上的切点,其中ＢａｍＨＩ,ＨｉｎｄＩＩＩ和ＸｂａＩ３种酶为单     

谷氨酸棒杆菌的乙醛酸循环与谷氨酸合成

为阐明谷氨酸棒杆菌的乙醛酸循环与菌体的生长以及谷氨酸合成之间的关系 ,以谷氨酸棒杆菌基因组测序用典型菌株Corynebacteriumglutamicum ATCC 130 32为出发菌株 ,构建了乙醛酸循环途径缺失的谷氨酸棒杆菌突变株Corynebacteriumglutamicum WTΔA。该菌株没有异柠檬酸裂解酶活性 ,不能在以乙酸盐为唯一碳源的基本培养基上生长。与出发菌株ATCC13032相比 ,WTΔA在以葡萄糖为唯一碳源的培养基上生长时不受影响 ,说明谷氨酸棒杆菌并不需要乙醛酸循环途径提供菌体生长所需的能量和生物合成反应所需的中间产物。但是 ,与出发菌株ATCC13032相比 ,WTΔA的谷氨酸合成能力大幅下降。     

重组谷氨酸棒杆菌发酵L-苯丙氨酸培养基的优化

【目的】提高重组谷氨酸棒杆菌发酵L-苯丙氨酸(L-phenylalanine,L-Phe)的产量。【方法】使用正交试验设计以及响应面优化法分别对种子培养基及发酵培养基进行优化,确定了重组谷氨酸棒杆菌发酵L-Phe的最佳种子培养基及最佳发酵培养基。【结果】重组谷氨酸棒杆菌发酵L-Phe最佳种子培养基(g/L):葡萄糖25.0,玉米浆25.0,硫酸铵15.0,硫酸镁1.0,磷酸二氢钾2.0,尿素2.0,p H 6.8-7.0;最佳发酵培养基(g/L):葡萄糖110.0,玉米浆7.0,硫酸铵25.0,硫酸镁1.0,磷酸二氢钾1.0,柠檬酸钠2.0,谷氨酸1.0,碳酸钙25.0,p H 6.8-7.0;在最佳培养基条件下L-Phe产量最高达到9.14 g/L,较优化前的7.46 g/L提高了22.5%。【结论】通过正交试验和响应面分析对重组谷氨酸棒杆菌发酵L-Phe培养基进行优化,明显提高了L-Phe的产量,并确定了葡萄糖、玉米浆和硫酸铵为发酵培养基中影响L-Phe产量的3个关键因子。研究结果为L-Phe的发酵放大提供了依据。     

钝齿棒杆菌乙酰谷氨酸激酶编码基因argB的克隆表达、纯化及酶学性质研究

本研究的钝齿棒杆菌(Gorynebacterium crenatum SYPA)是筛选得到的高产精氨酸突变菌株,其中argB基因编码的乙酰谷氨酸激酶(NAGK)是精氨酸合成过程中的关键酶。为了进一步研究该酶的相关特性,以钝齿棒杆菌(Corynebacterium crenatum SYPA)基因组为模板,扩增得到其arB基因,成功构建了pET-28a-argB重组质粒,并在E.coli BL21(DE3)中诱导后高效表达。利用载体pET-28a上的His6·Tag标记选用Ni柱亲和层析法纯化表达具有活性的NAGK,纯化后酶的比活力达到7.28 U/mg,纯化倍数达66.18。并对该酶的酶学性质进行了初步研究,该酶的最适反应温度为30℃;最适pH值为9.0;酶学动力学参数以N-乙酰谷氨酸为底物的Km为3.35mmol/L;金属离子Cu~(2+)、Mn~(2+)、螯合剂对乙酰谷氨酸激酶均有明显的抑制作用。     

钝齿棒杆菌argR基因克隆、表达及其重组菌发酵产精氨酸研究

钝齿棒杆菌(Corynebacterium crenatum)AS.M7是筛选获得的一株高产精氨酸生产菌株。ArgR是精氨酸合成过程中的一种调控蛋白。为进一步验证其在钝齿棒杆菌中对精氨酸合成量的影响,利用特异性引物,分别扩增标准菌C. creantum AS 1.542和诱变菌C. creantum AS.M7的argR全长基因,测序后比较二者的差异;结果表明标准菌argR基因ORF全长516 bp,编码一个含172个氨基酸残基的蛋白;而诱变菌argR基因的109位碱基由C替换为T,导致ArgR蛋白在钝齿诱变菌中表达被提前终止。同时,将来源于标准菌的argR基因连接到穿梭表达载体pXMJ19中,电击转化至诱变菌C. crenatum AS.M7 得到重组菌株,用摇瓶发酵的方法观测重组菌产精氨酸量的变化。SDS-PAGE和Western blot分析证明标准菌的argR基因在诱变菌中得到了表达。对重组诱变菌产精氨酸量进行了测定,结果显示:产精氨酸能力由原来7.8 mg/ml下降至2.5 mg/ml,下降了约67.9%。     

棒杆菌宿主中质粒不稳定性的研究

重组质粒pNAR4是由钝齿棒杆菌质粒pNAT65和大肠杆菌质粒pACYCl84构建的穿梭质粒。质粒pNAR4转化不同棒杆菌,在钝齿棒杆菌T6—13和答氨酸棒杆菌l0l47中为结构型不稳定,在钝齿棒杆菌B9中为分离型不稳定。而pNAT65转化谷氨酸棒杆菌10147后,转化于中的质粒分子大小及主要酶切位点与pxz10145相同。DNA杂交实验结果表明．在10147菌中有一种与z10145高度同源的超螺旋DNA组分,而这一组分与pxz10145的来源宿主中的另一小质粒具有相同的分子量。提出了质粒结构不稳定与宿主中存在的pxz10145高度同源的小质粒(超螺旋组分)有关,并提出产生质粒分子结构反复变化原因的假设。     

钝齿棒杆菌argR基因缺失株构建及其缺失对精氨酸生物合成途径相关基因转录水平的影响

[目的]钝齿棒杆菌AS 1.542中argR基因编码的蛋白ArgR在精氨酸生物合成途径中扮演负调控的角色,但其对相关基因在转录水平的影响还未见报道.因此,本课题组构建了钝齿棒杆菌argR基因缺失株,并在转录水平上比较野生株与缺失株精氨酸生物合成途径相关基因的变化.[方法]采用无痕敲除的方法构建了钝齿棒杆菌argR基因缺失株,并采用荧光定量PCR方法分析缺失株和野生株精氨酸生物合成途径相关基因在转录水平的变化.[结果]利用pK18mobsacB质粒中蔗糖致死基因sacB反向筛选标记及PCR方法成功筛选到钝齿棒杆菌argR基因缺失株;荧光定量PCR结果表明,argR基因缺失株精氨酸生物合成途径中相关基因在转录水平获得大量提高,平均约上调162.13倍.[结论]钝齿棒杆菌精氨酸生物合成途径的相关基因受负调控蛋白ArgR的显著调控,但其基因的敲除并没有引起精氨酸产量发生明显的变化.     

谷氨酸棒杆菌生产琥珀酸的代谢工程研究进展

琥珀酸是一种具有重要应用价值的四碳平台化合物。微生物法发酵生产琥珀酸以其社会、环境和经济优势展现出良好的发展前景。谷氨酸棒杆菌被广泛应用于氨基酸、核苷酸等高附加值化学品的工业化生产,在厌氧条件下细胞处于生长停滞状态,但仍能高效利用碳源合成有机酸,通过代谢工程改造的谷氨酸棒杆菌有望成为理想的琥珀酸生产菌株。结合近年来谷氨酸棒杆菌生产琥珀酸取得的最新成果,本文综述了构建高产琥珀酸工程菌株的代谢工程策略、底物的扩展利用,并展望了将来的研究方向。