利用发酵法生产氨基葡萄糖的研究进展

氨基葡萄糖(GlcN)是一种重要的氨基己糖。它由葡萄糖的一个羟基被氨基取代形成,能够有效作用于软骨组织治疗风湿性关节炎,并被视为天然无害的食品及保健品配料,市场应用前景广阔。目前,生产GlcN的方法主要有酸水解法、酶解法及微生物发酵法。由于酸水解法及酶解法生产GlcN会对环境造成不利影响及生产效率低等原因,微生物发酵法生产GlcN得到了越来越多研究者的关注。对微生物代谢产GlcN的合成途径、霉菌发酵产GlcN及工程菌发酵产GlcN等方面进行了概述,并对微生物发酵法生产GlcN的研究方向进行了展望。     

过表达氨基葡萄糖脱氨酶对大肠杆菌氨基葡萄糖合成及中心碳代谢的影响

考察过表达氨基葡萄糖脱氨酶对氨基葡萄糖合成及大肠杆菌（Escherichia coli）中心碳代谢的影响。实验结果表明：过表达氨基葡萄糖脱氨酶使得在36 g/L葡萄糖,pH为9.0的发酵条件下,发酵24 h后,重组菌发酵液中氨基葡萄糖、丙酮酸和乙酸的量分别是对照菌Rosetta的2.1、1.48和1.74倍;而乳酸的量为2.53 g/L,对照菌Rosetta发酵液中的乳酸含量未检测到,重组菌发酵液中柠檬酸及α-酮戊二酸的含量分别是Rosetta的2.99和2.73倍。     

CRISPR/Cas9编辑大肠杆菌工程菌生产氨基葡萄糖

【背景】氨基葡萄糖(glucosamine, GlcN)及其衍生物N-乙酰氨基葡萄糖(N-acetylglucosamine,GlcNAc)是合成糖胺聚糖的重要前体物质,在医药、化妆品和保健品领域具有广泛的应用价值。传统的生产方式存在诸多弊端,如环境污染、原料限制、不适于海鲜易过敏人群等问题,因此利用微生物发酵法生产GlcN和GlcNAc越来越受到青睐。【目的】利用微生物发酵生产并提高N-乙酰氨基葡萄糖的产量,探索分子改造及发酵条件优化策略。【方法】以大肠杆菌MG1655为出发菌株,首先利用表达载体共表达大肠杆菌来源的glmS和酿酒酵母来源的gna1,构建GlcNAc的生物合成路径,然后利用CRISPR/Cas9技术敲除GlcNAc的分解代谢与转运途径,以提高GlcNAc的产量,最后结合发酵条件优化使GlcNAc的产量得到进一步提升。【结果】通过分子改造得到一株产GlcNAc菌株RY-5,发酵20 h后GlcNAc的产量达到了2.36 g/L,相较于初始构建的菌株RY-1提高了29倍,进一步对装液量和诱导剂IPTG的添加时间等条件进行发酵优化,GlcNAc产量达到了7.74g/L,与优...     

链球菌生物合成透明质酸的分子机理与基因工程菌构建进展

透明质酸（Hyaluronan, HA）是由葡萄糖醛酸和N-乙酰氨基葡萄糖为双糖单位交替连接而成的粘多糖物质。目前构建基因工程菌成为提高产量和改善品质的重要手段。本文从发酵菌种、操纵子、关键酶和工程菌构建等方面,综述了链球菌HA生物合成的分子机理,分析了当前生产中存在的问题,并提出了解决问题的方法。     

Red同源重组敲除nagE和manX对大肠杆菌发酵生产氨基葡萄糖的影响?

氨基葡萄糖(GlcN)又称氨基葡糖或葡糖胺,是葡萄糖的一个羟基被氨基取代后的化合物,在医药和保健领域具有广泛应用。在前期研究中,我们构建了一株可高效合成GlcN和其乙酰化衍生物N-乙酰氨基葡萄糖(GlcNAc)的重组大肠肝菌Escherichia coli-glms-gna1(在下游提取过程中用弱酸进行脱乙酰化即可将GlcNAc转化为GlcN)。但研究发现,发酵过程中GlcN和GlcNAc能被转运至胞内作为碳源利用,导致胞外产量显著减少。为阻断胞外GlcN和GlcNAc向胞内的转运,利用Red同源重组技术将E.coli-glms-gna1的乙酰氨基葡萄糖磷酸转运子编码基因nagE和甘露糖磷酸转运子编码基因manX敲除,获得nagE基因敲除的工程菌E.coli-glms-gna1-nagE和nagE/manX基因双敲除的工程菌E.coli-glms-gna1-nagE-manX,并在7 L发酵罐上利用构建的工程菌进行GlcN和GlcNAc的发酵生产。实验结果表明:培养对照菌株E.coli-glms-gna1至12 h时GlcN产量达到最大值4.06 g/L,GlcNAc产量达到最大值41.46 g/L;而培养单基因敲除菌株E.coli-glms-gna1-nagE至12 h时GlcN产量达到最大值4.38 g/L(是对照菌株的1.08倍),GlcNAc产量达到最大值71.80 g/L(是对照菌株的1.7倍);培养双基因敲除菌株E.coli-glms-gna1-nagE-manX至10 h时GlcN产量达到最大值4.82 g/L(是对照菌株的1.2倍),GlcNAc产量达到最大值118.78 g/L(是对照菌株的2.86倍)。这表明nagE和manX基因的敲除可显著降低GlcN和GlcNAc向胞内的转运,进而提高其在胞外的积累。研究结果对最终实现GlcN的工业化生产具有一定的指导意义。     

用氨基葡萄糖含量的测定值间接表示红曲菌固态发酵过程中生物量的研究

【目的】为准确快速地了解紫色红曲菌固态发酵中生物量的变化,【方法】采用理化方法测定菌体量和氨基葡萄糖含量,研究了不同培养时间、培养基组成、培养方式下菌体量与氨基葡萄糖含量的关系,建立生物量和氨基葡萄糖含量的换算关系式;构建关联该菌固态培养物近红外光谱数据与实测氨基葡萄糖含量的PLS模型。【结果】建立了可通过近红外光谱法测定氨基葡萄糖来快速预测固态发酵生物量的方法,其中最优近红外模型的校正集内部交叉验证均方根误差(RMSECV)为0.209 4,预测集相关系数(Rp)和均方根误差(RMSEP)分别为0.993 4和0.217 3;同时利用所建的换算关系式也大大提高了生物量计算的准确性。【结论】基于所建立的生物量和氨基葡萄糖的换算关系式,利用近红外光谱法可以快速并且较准确地测定紫色红曲菌固态发酵过程中生物量的变化。     

L-蛋氨酸酰化酶基因工程菌培养条件的研究

为提高L-氨基酰化酶基因工程菌1016的生物量及酶产量,优化了发酵工艺,确定了较佳的培养基成分,并初步考察了该酶的底物特异性。优化后工程菌摇瓶产酶稳定在980U/mL发酵液,发酵周期17 h,生物量A_(420)穗定在0.7。产酶量为原来的2倍以上。乙酰化的脂肪族氨基酸Met是该酶的最适底物。     

常压室温等离子体诱变高通量筛选N-乙酰氨基葡萄糖高产突变株

采用新型常压室温等离子体(ARTP)诱变产N-乙酰氨基葡萄糖工程菌BSGN6,并应用显色法和96孔板培养方法筛选N-乙酰氨基葡萄糖高产突变株.研究表明显色反应时添加四硼酸钾溶液1 μL、PDABA 125 μL、反应时间5 min、反应温度96 ℃时,N-乙酰氨基葡萄糖检测的准确度最高.通过多轮ARTP诱变及高通量筛选最终获得突变株(4A12),3L罐发酵GlcNAc产量达到36.14 g/L,较出发菌株(BSGN6)提高了65.32％.经过50次传代后性状稳定.ARTP诱变技术作为获得产N-乙酰氨基葡萄糖高产菌株的有效途径,与分子生物学手段相比,本方法更加快捷高效.     

枯草芽孢杆菌核黄素操纵子rib operon的克隆与表达

目的:构建产核黄素的枯草芽孢杆菌基因工程菌.方法:以穿梭载体pEB03构建核黄素操纵子的表达质粒载体pGJB13和pGJB14,与质粒pMX45分别转化产核黄素的枯草芽孢杆菌GJ07,并通过发酵摇瓶实验检测核黄素的产量.结果:得到产核黄素的工程菌GJ13 、GJ14和GJ08,在以蔗糖为碳源的发酵条件下,GJ08可产核黄素820mg/L,提高了约55%.结论:得到了产核黄素的高产菌种G J08.     

30M~3植酸酶发酵罐设计

本文从发酵罐的工艺设计和机械设计两个角度,并结合中华人民共和国国家发展和改革委员会2004年公布的《食品工业用不锈钢薄壁容器》(QB/T 2681-2004)即发酵罐行业标准及毕赤酵母高密度发酵特点,对福生公司植酸酶发酵罐做了详细的设计,同时基因工程的发酵生产也代表了发酵行业的一重大方向,如何设计出满足基因工程菌生长、生产的发酵罐成为基因工程菌能否高表达的关键。     

基因工程菌发酵研究进展

基因工程菌发酵主要目标是获取高产外源基因表达蛋白。介绍并分析了基因工程菌发酵过程中表达系统、培养基、温度、pH值、溶解氧和诱导条件等因素对发酵的影响;论述了工程菌高密度培养所需的培养方式,并总结了基因工程菌发酵领域近年来的一些进展。     

一步法产1,3-丙二醇酿酒酵母基因工程菌的构建

1,3-丙二醇(1,3-PD)是一种重要的化工原料,发酵法生产1,3-PD是一条新颖且具有潜在竞争力的生产途径。本研究在前期工作的基础上,将分别来源于大肠杆菌和肺炎克雷伯氏菌的基因片段yqhD和dhaB串联表达,构建重组表达载体pYX212-zeocin-pGAP-yqhD-pGAP-dhaB;并得到重组酿酒酵母(Saccharomyces cerevisiae)W303-1A/pYX212-zeocin-pGAP-yqhD-pGAP-dhaB。该重组菌和对照S.cerevisiae分别以葡萄糖为底物摇瓶发酵72h后,重组酿酒酵母发酵液中1,3-PD含量约为1.5g/L;而对照菌株不产1,3-PD。以上结果表明本研究在国内首次成功构建了直接以葡萄糖为底物发酵生产1,3-PD的酿酒酵母基因工程菌。为进一步将dhaB、yqhD基因导入其他以葡萄糖为底物高产甘油的酵母宿主中表达,获得以葡萄糖为底物一步法发酵高产1,3-丙二醇工程菌打下了坚实的基础。     

VHb在产L-苯丙氨酸工程菌中的表达及其抗贫氧效率

人工设计合成密码子优化的VHb基因及其天然的低氧启动子序列,并进行融合T7终止子克隆至L-Phe的高表达质粒中,构建高产L-phe的抗贫氧高密度发酵基因工程菌。高密度发酵过程中的低氧情况可诱导VHb基因的表达,含VHb的工程菌较对照工程菌发酵结果显示:菌株的稳定期延长约4h,提高菌株的产酸周期,L-phe产量提高约14%。     

吸水链霉菌HS023 milF基因敲除构建产5-酮米尔贝霉素基因工程菌

【目的】通过敲除吸水链霉菌HS023的mil F基因,构建产5-酮米尔贝霉素的基因工程菌。【方法】构建mil F基因敲除质粒p MSST-Δmil F,转入米尔贝霉素产生菌——吸水链霉菌HS023,获得mil F基因敲除的双交换突变株F2-18。【结果】发酵结果表明:mil F基因敲除突变株F2-18不再产生米尔贝霉素,仅产生中间产物5-酮米尔贝霉素,且发酵单位较出发菌株略有提升。【结论】通过敲除mil F基因,发酵可生产5-酮米尔贝霉素,并直接用于驱虫药米尔贝肟和乐平霉素的化学合成,可大大简化从米尔贝霉素到米尔贝肟和乐平霉素的合成步骤。     

Vitreoscilla Hemoglobin (VHb) Gene Expression and Function in Genetically Engineered Bacteria for Production of Phenylalanine

人工设计合成密码子优化的 VHb 基因及其天然的低氧启动子序列,并进行融合 T7 终止子克隆至 L-Phe 的高表达质粒中,构建高产 L-phe 的抗贫氧高密度发酵基因工程菌.高密度发酵过程中的低氧情况可诱导 VHb 基因的表达,含VHb 的工程菌较对照工程菌发酵结果显示:菌株的稳定期延长约4h,提高菌株的产酸周期,L-phe 产量提高约14％.     

L-乳酸脱氢酶在大肠杆菌BL-21(DE3)中的表达

为了在大肠杆菌中构建利用葡萄糖生产L-乳酸的途径,以鼠李糖乳杆菌(Lactobacillus rhamnosus)LA - 04 -01基因组为模板,设计引物扩增L-乳酸脱氢酶基因L-ldh.将该基因连接到表达栽体pET-28a(+)上,并转化大肠杆菌Top10.通过卡那霉素抗性平板筛选,提取重组质粒pET28a-L-ldh并测序,结果正确.将pET28a-L-ldh转化大肠杆菌BL-21( DE3),通过卡那霉素抗性平板筛选,得到产乳酸的大肠杆菌基因工程菌.经IPTG诱导后,SDS-PAGE电泳,检测到目的蛋白条带,L-乳酸脱氢酶比酶活力达到9.44 U/mL.该基因工程菌通过摇瓶发酵,L-乳酸产量达到3 g/L,成功构建出一条在大肠杆菌中生产L-乳酸的新途径.     

N-乙酰氨基葡萄糖转移酶干扰慢病毒载体系统的建立及应用

目的构建针对N-乙酰氨基葡萄糖转移酶（GnT）Ⅲ、Ⅳa和Ⅴ的RNA干扰（RNAi）慢病毒系统,并检测干扰慢病毒在体外小鼠肝癌细胞中对不同GnT表达的抑制作用。方法针对三种基因序列设计合成特异的shRNA序列,并构建干扰慢病毒表达载体,利用病毒包装细胞293T包装生产病毒,感染靶细胞Hca-F后,应用RT-PCR和免疫印迹检测干扰慢病毒对三种N-乙酰氨基葡萄糖转移酶表达的抑制。结果经测序证实三种干扰慢病毒表达载体构建成功,并获得高滴度的感染慢病毒。干扰慢病毒感染靶细胞后能够有效下调三种N-乙酰氨基葡萄糖转移酶的表达。结论干扰慢病毒可有效地抑制三种N-乙酰氨基葡萄糖转移酶GnT-Ⅲ、GnT-Ⅳa和GnT-Ⅴ的表达。     

NAD(P)H再生及其依赖型酶在工程菌中研究进展

许多氧化还原型酶都属于辅酶依赖型酶类,在生物转化中添加外源性辅酶将增加生产成本,而辅酶的缺乏又将直接影响生物转化效率,因此构建能实现辅酶再生的基因工程菌是辅酶依赖型基因工程菌走向工业化的有效手段之一。该综述对目前已报道的辅酶依赖型酶常用的还原态辅酶和氧化态辅酶再生的脱氢酶体系进行整理,并简述了在基因工程菌中通过辅酶再生提高酶催化的生物转化效率的研究进展,以期为构建辅酶再生型基因工程菌,以及实现这类工程菌自动化和一体化的发酵工艺提供借鉴。     

柠檬酸发酵菌黑曲霉的菌种改良述评

柠檬酸是微生物发酵法生产的重要有机酸,用途极为广泛。柠檬酸发酵菌黑曲霉的育种在柠檬酸工业中占有重要地位。该文论述了柠檬酸发酵菌黑曲霉的发酵机制、代谢调控及柠檬酸积累的机理,柠檬酸发酵菌黑曲霉的物理和化学手段诱变育种取得的成果,细胞工程和基因工程在柠檬酸发酵菌黑曲霉育种中的应用,分析了柠檬酸发酵菌黑曲霉育种的发展方向。     

基因工程菌生产重组人组织因子的发酵研究

根据表达重组人组织因子基因工程菌的自身特点,在30L发酵罐上,通过控制发酵pH、葡萄糖浓度、诱导物磷酸浓度、搅拌速度及采用分批补料等方法,对重组人组织因子基因工程菌高密度发酵和高效表达的条件进行了研究。实验结果表明:诱导物终浓度低于0.1mmol/L,菌体密度OD60014,发酵周期10.5h,基因工程菌批发酵平均产量为37.41g/L,重组人组织因子表达量为6.56 mg/L。关键词:基因工程菌;高密度发酵;组织因子