外源基因pheA、aroG和tyrB在苯丙氨酸合成途径中的共表达

利用基因工程技术提高了短杆菌的苯丙氨酸合成途径中关键酶活性,大幅度地增加了生物合成苯丙氨酸的产时。首先采用聚合酶链反应（ＰＣＲ）从大肠杆菌的氟代苯丙氨酸抗性变异菌株基因组中扩增到与苯丙氨酸合成相关的ａｒｏＧ,ｐｈｅＡ和ｔｙｒＢ３个基因。ａｒｏＧ编码３－脱氧－２－阿拉伯庚酮糖－７－磷酸合成酶（ＤＳ）,ｐｈｅＡ编码双功能酶蛋白－分枝酸变位酶（ＣＭ）和预苯酸脱水酶（ＰＤ）,ｔｙｒＢ编码转氨酶（ＡＴ）。设     

外源基因pheA,aroG和tyrB在苯丙氨酸合成途径中的共表达

利用基因工程技术提高了短杆菌的苯丙氨酸合成途径中关键酶活性,大幅度地增加了生物合成苯丙氨酸的产量。首先采用聚合酶链反应(PCR)从大肠杆菌的氟代苯丙氨酸抗性变异菌株基因组中扩增到与苯丙氨酸合成相关的aroG,pheA和tyrB 3个基因。其中aroG编码3-脱氧-2-阿拉伯庚酮糖-7-磷酸合成酶(DS),pheA编码双功能酶蛋白-分枝酸变位酶(CM)和预苯酸脱水酶(PD),tyrB编码转氨酶(AT)。设计不同的酶切位点,利用质粒pUC118的多克隆位点,将3个基因按不同的顺序组合串联,然后插入穿梭质粒pCZ.10,导入短杆菌中表达。结果表明3个大肠杆菌基因在短杆菌中能够表达。其中以aroG-pheA-tyrB顺序串联而构建的黄色短杆菌工程菌株1311-GAB中的DS酶活力提高4.5倍,CM提高4.2倍,PD提高2.7倍,AT提高3.2倍;它的苯丙氨酸合成量提高2.35倍。     

苯丙氨酸合成的关键酶基因aroG与pheA串联表达

aroG和pheA是与苯丙氨酸合成有关的两个重要基因。在大肠杆菌(Escherichia coli)中,aroG基因编码脱氧阿拉伯糖型庚酮糖磷酸合酶(DS),该酶催化由糖代谢中心途径分流出来的磷酸烯醇丙酮酸(PEP)和赤鲜糖4磷酸(E4P)缩合形成脱氧阿拉伯糖型庚酮糖磷酸(DAHP)的反应;pheA基因编码一个双功能酶蛋白,它同时催化两步关键反应,即具有分枝酸变位酶(CM)和预苯酸脱水(PD)的两种功能。采用PCR技术分别从两个不同品系的大肠杆菌染色体DNA中扩增到aroG和pheA。当这两个基因串联在一个质粒上导入大肠杆菌P2392中进行表达时,它们编码的酶DS、CM和PD活性分别提高43、44和22倍;导入短杆菌(Brevibacterium)2731中表达时,相应的酶活性分别提高123、23和56倍。两基因的串联表达能大幅度地提高工程菌株的苯丙氨酸发酵产量。     

L-苯丙氨酸产生菌的选育

本文报导了不产酸的谷氨酸棒杆菌(Corynebacteriumglutamicum)经亚硝基胍处理,在一定浓度的L-苯丙氨酸结构类似物——对氟苯丙氨酸(DLP-Fluorophenylalalline,PFP)存在下,筛选获得了一批能产生与积累L-苯丙氨酸的抗代谢突变菌株,其中PFP-17突变菌株的产物在纸层析谱上L-苯丙氨酸的显色点较深,定量测定产酸为1.5mg/ml经两次自然分离获得的17-3-4菌株产酸特性稳定,在以葡萄糖为主要碳源,初糖为4.5%的摇瓶发酵中。产酸可达5.5mg/ml,产物经氨基酸自动分析代鉴测确证其主要产物是L-苯丙氨酸,此突变菌株经进一步选育所得的突变菌株3-PAP-42在提高初糖为6%时,发酵产酸可达8.28mg/ml。     

大肠杆菌aroG基因的克隆表达及与pheA、tyrB基因的串联表达

３－脱氧－２－阿拉伯庚酮糖－７－磷酸合成酶（ＤＡＨＰ）是苯丙氨酸合成途径中关键酶之一,在大肠杆菌中由ａｒｏＧ基因编码。本文用ＮＴＧ诱变得到对苯丙氨酸类似物间氟苯丙氨酸（ｍＦＰ）和对氟苯丙氨酸（ｐＦＰ）有抗性的大肠杆菌突变株,采用聚合酶链反应（ＰＣＲ）扩增得到了ａｒｏＧ基因,在大肠杆菌中进行了表达。结果表明,该基因能在λ噬菌体的ｐＲ启动子驱动下得到表达,在ＳＤＳ－聚丙烯酰胺凝胶电泳图上出现清晰的条带,酶的比活提高了１．７倍。在ｐｈｅＡ（编码分枝酸变位酶ＣＭ和预苯酸脱水酶ＰＤ）、ｔｙｒＢ（编码苯丙氨酸转氨酶ＰＡＴ）基因克隆、串联克隆和表达完成的基础上,将ａｒｏＧ基因和ｐｈｅＡ、ｔｙｒＢ基因以ａｒｏＧ－ｐｈｅＡ－ｔｙｒＢ的顺序三基因串联到表达载体进行表达,酶活测定结果表明,三个基因都能在λ噬菌体的ｐＲ启动子驱动下表达,与对照菌株相比,酶比活分别提高了１．７倍、１３．９／７．８倍和２．３倍。     

L—苯丙氨酸产生菌株FMP8902特性研究

FMP8902是从谷氨酸棒杆菌NO.17-3经人工诱变定向筛选而获得的一株苯丙氨酸产生菌。该菌株在5升罐的发酵中,以水解糖和糖蜜为主要原料,32±1℃,44小时,苯丙氨酸产量可达16.3mg/ml,转化率为12.9%。它的发酵副产物很少,遗传性状稳定。菌体为棒状至短杆状,无芽孢,革兰氏染色阳性,常见“V”形排列。FMP8902具有酪氨酸营养缺陷及四种芳香氨基酸结构类似物[DL-P氟苯丙氨酸、DL P-氯苯丙氨酸、P-氨基DL-苯丙氨酸、β-(2-噻吩)DL-丙氨酸]多重抗性,同时它能够在含利福平(5μg/ml)的培养基中正常生长。     

基于结构域活性分析的大肠杆菌T蛋白结构研究

大肠杆菌T蛋白含有三个结构域:分支酸变位酶、预苯酸脱氢酶和调节结构域。文章作者分段克隆了T蛋白的分支酸变位酶、预苯酸脱氢酶和调节结构域等片段,并对其进行了活性研究。研究发现,定位于N末端的分支酸变位酶结构域的比活性虽然不高,而稳定性较好;同时拥有调节结构域和预苯酸脱氢酶结构域的C末端片段,其预苯酸脱氢酶比活性的剩余百分率虽然高于分支酸变位酶结构域,但稳定性较差。作者进而表达了C末端切除38个氨基酸的T/1-336片段,发现预苯酸脱氢酶活性彻底丧失,而其分支酸变位酶和调节结构域的活性却基本保留。这说明T蛋白中分支酸变位酶结构域拥有一个相对独立、完整的结构,而预苯酸脱氢酶结构域和调节结构域交织共存,结构松散。     

大肠杆菌P蛋白和T蛋白的调节结构域互换研究

在细菌、真菌及植物中,分支酸是一种位于关键分叉点上的中间代谢物,是所有芳香族氨基酸合成的共同前体.它可在双功能酶分支酸变位酶(CM)和预苯酸脱水酶(PDT)的催化下合成苯丙氨酸,在另一个双功能酶分支酸变位酶和预苯酸脱氢酶(PDH)的催化下合成酪氨酸.前者被称为P蛋白,后者被称为T蛋白.大肠杆菌P蛋白和T蛋白有着类似的结构,P蛋白由CMp、PDT和调节结构域３个独立结构域组成,其变构调节因子是苯丙氨酸.T蛋白只有CMt和PDH两个独立结构域组成,起变构调节作用的调节结构域与PDH密不可分,其变构调节因子是酪氨酸.为了研究P蛋白和T蛋白的调节结构域的变构调节作用,应用融合蛋白技术将P蛋白和T蛋白的调节结构域进行了互换.结果发现,互换了的调节结构域仍然具有变构调节作用,而且调节结构域的互换导致了变构调节因子的互换,说明调节结构域对酶活性的调节作用是非专一的,而其R结构域与调节因子的结合却是专一的.     

大肠杆菌苯丙氨酸合成途径关键酶基因pheA的克隆与表达

为了通过基因工程手段来增加苯丙氨酸的生物产量,利用ＰＣＲ方法从大肠杆菌中克隆了抗反馈抑制突变型及野生型的ｐｈｅＡ基因,进行了核苷酸序列分析,并利用高效的原核表达载体ＰＢＶ２２０对ｐｈｅＡ基因编码的突变型及野生型分支酸变位酶／预苯酸脱水酶（ＣＭ／ＰＤ）进行了表达。序列分析表明突变型基因碱基第５８０位由Ｔ变为Ｃ,相应氨基酸由Ｖａｌ变为Ａｌａ,ＳＤＳ－ＰＡＧＥ图谱扫描分析表明目的蛋白ＣＭ／ＰＤ的表达量占全菌体蛋白的４３％,占上清总蛋白的５７％。酶活性测定表明其ＣＭ和 ＰＤ活性分别提高了 １５．５和６．７倍,产酸量也有了一定的提高,为构建产苯丙氨酸的生物工程菌奠定了基础。     

苯丙氨酸生物合成途径关键基因的串联表达

目的:改造大肠杆菌苯丙氨酸生物合成的中心代谢途径,优化关键酶基因pheA、aroF、ppsA、tktA的协同表达,进一步提高苯丙氨酸产量。方法:构建重组质粒pZE12-AFPT,鉴定后通过SDS-PAGE观察其蛋白表达量,并转入缺陷菌大肠杆菌MGΔ中构建工程菌,发酵培养后测量苯丙氨酸产量,与本室保存的重组质粒MGΔpZE12-AF做对比;构建重组质粒pZE21-AF和pZA31-PT,将后者转入感受态pZE12-AF和pZE21-AF中,得到双抗性质粒,并比较转化前后苯丙氨酸的产量。结果:工程菌MGΔpZE12-AFPT的苯丙氨酸产量比对照菌株MGΔpZE12-AF提高了近1.6倍,并且实现了4个串联基因的协同表达;质粒pZA31-PT转入pZE12-AF和pZE21-AF后,苯丙氨酸产量比原质粒pZE12-AF和pZE21-AF分别提高了近0.6倍和2.8倍。结论:实现了4个关键酶基因的串联表达,改造了苯丙氨酸的生物合成途径,使得苯丙氨酸产量有所提高,为进一步得到其高产菌株奠定了基础。     

钝齿棒杆菌AS1542以油酸为生长促进因子变异株的选育

以谷氨酸生产菌钝齿棒杆菌(Corynebacterium crenatum)AS1542,经紫外线照射得到一种以油酸为生长促进因子的变异株207。在生物素浓度为0—20微克/升的培养基中,油酸显著促进菌体的生长和产酸。     

头状轮生链霉菌芳香族氨基酸合成途径的调节

对头状轮生链霉菌(Streptoverticillium caespitosus)芳香氨基酸合成途径的研究表明,第一个酶即3—脱氧—α—阿拉伯庚酮糖-7-磷酸(DAHP)合成酶无同工酶,不被L-色氨酸阻遏,比活力可被硝酸盐促进。L-色氨酸强烈地反馈抑制此酶,L-酪氨酸和L-苯丙氨酸无作用。L-色氨酸的反馈抑制对磷酸烯醇式丙酮酸(PEP)是非竞争性的,K_I为373μmol/L。酶对PEP和4-磷酸亦藓糖(E4P)的K_m值分别为50和100μmol/L。PEP和C0²⁺对酶有稳定作用。邻氨基苯甲酸合成酶活力可被1mmol/L L-色氨酸完全抑制,此酶也受L-色氨酸的阻遏,但是色氨酸支路上其余4个酶不被阻遏。分支酸变位酶被L-酪氨酸抑制。L-苯丙氨酸抑制预苯酸脱水酶,并更强地抑制预苯酸脱氢酶。     

谷氨酸棒杆菌SYPS-062 L-丝氨酸脱水酶活性分析及其基因敲除对L-丝氨酸积累的影响

以谷氨酸棒杆菌(Corynebacterium glutamicum) SYPS-062基因组DNA为模板,扩增得到L-丝氨酸脱水酶(L-SerDH)的编码基因sdaA。将其克隆到表达载体pET-28a(+),并在E.coli BL21(DE3)中诱导表达,对纯化的L-SerDH进行了酶活测定,并与来自C.glutamicum ATCC13032的重组L-SerDH进行了比较,结果显示,两种不同菌株来源的重组L-SerDH降解L-丝氨酸的酶比活力差异并不显著。在此基础上敲除菌株SYPS-062 的sdaA基因,探讨该基因对C.glutamicum SYPS-062生长及产酸的影响。通过构建自杀型重组质粒pK18mobsacB-△sdaA,电击转入C.glutamicum SYPS-062中,以同源重组的方式获得了sdaA基因缺失突变株,并用PCR方法对突变株C.glutamicum SYPS-062△sdaA进行了验证。与出发菌株相比,突变菌株生长缓慢,单位菌体L-丝氨酸的产量(Y_P/X)提高了15.13%。     

谷氨酸棒杆菌YILW苏氨酸脱水酶基因的克隆表达及酶学性质

将L-异亮氨酸生产菌谷氨酸棒杆菌(Corynebacterium glutamicum YILW)苏氨酸脱水酶(threonine de-hydratase,TD)的编码基因ilvA在大肠杆菌中进行异源表达及进行初步的酶学性质研究。分别以C.glutamicum ATCC13032、YILW的基因组DNA为模板,利用PCR技术扩增出苏氨酸脱水酶的编码基因ilvA,测序获得编码序列。利用质粒PET-His将该基因在大肠杆菌BL21(DE3)中进行重组表达、金属螯合纯化,对其酶学性质进行初步研究。结果显示C.glutamicum YILW编码基因序列与已报道的ilvA序列相差5个碱基,相似度为99.6%,第383位氨基酸由苯丙氨酸突变为缬氨酸。酶学性质研究表明:重组酶YilwTD最适反应温度为32℃,在20~55℃范围内该酶较稳定,最适pH为6.7,该酶底物专一性强,对最适底物苏氨酸的米氏常数Km=8.32 mmol/L,最大反应速度Vmax=3.18×104U/mg,与野生型酶相比,突变(F383V)后可显著降低终产物对酶的反馈抑制作用。为揭示突变对苏氨酸脱水酶活性的影响及进一步利用基因工程技术改造L-异亮氨酸生产菌,提高L-异亮氨酸产量奠定了基础。     

L-精氨酸高产菌株的选育

以谷氨酸高产菌种LH谷氨酸棒杆菌为出发菌株,用化学试剂亚硝基胍(NTG)诱变,经结构类似物磺胺胍和摇瓶产酸筛选,获得一株产L-精氨酸的菌株LH425,在摇瓶发酵中,培养96h,产酸率38g·L-1。     

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。     

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。     

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。     

棒状杆菌启动功能片段的克隆和顺序测定

利用大肠杆菌(Escherichia Coli）的白动子探针质粒pGA46-4,从谷氨酸棒状杆菌(Corynebacrerium glutainicum）染色体DNA中筛选启动功能片段,并测定了重组质粒pGA46-4上的一个约0.4kb的启动功能片段的核营酸顺序。利用pGA46-4和棒状杆菌质粒pXZ10145的EcoRI大片段组建了在大肠杆菌和力士棒杆菌(Corvnebacierium herculis）中都能复制的穿梭质粒pXZ10。     

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.