地衣芽胞杆菌乙醛酸循环对聚谷氨酸合成的影响北大核心

[目的]了解乙醛酸循环在地衣芽胞杆菌WX-02生物合成聚谷氨酸中作用,为聚谷氨酸生产提供新的解决方法。[方法]采用基因工程手段,以地衣芽胞杆菌WX-02为原始菌株,分别增强表达和敲除异柠檬酸裂解酶ace A基因,检测发酵过程中聚谷氨酸产量、生物量、胞内外代谢物和相关基因转录量。[结果]增强表达异柠檬酸裂解酶ace A基因后,胞内谷氨酸浓度显著升高(483.42 ng/m L/Log(CFU)),溢流代谢产物减少(乙酸5.41 g/L、乙偶姻5.82 g/L、2,3-丁二醇7.31 g/L),聚谷氨酸生物合成产量为11.74 g/L,相比原始菌株提高15%。谷氨酸脱氢酶roc G基因、谷氨酸消旋酶glr基因和聚谷氨酸合成酶复合体中pgs B基因转录水平相对原始菌株分别提高1.61倍、1.32倍和1.24倍。[结论]增强乙醛酸循环可以降低地衣芽胞杆菌WX-02乙酸等溢流代谢产物合成,提高胞内谷氨酸合成能力,并上调聚谷氨酸合成酶基因转录水平,最终提高聚谷氨酸生物合成产量。     

地衣芽胞杆菌WX-02联产聚γ谷氨酸和2,3-丁二醇培养基的优化

聚γ谷氨酸和2,3-丁二醇是两种重要的化合物,广泛运用于能源、医药、农业等领域。地衣芽胞杆菌WX-02具有同时合成聚γ谷氨酸和2,3-丁二醇的能力。优化了地衣芽胞杆菌WX-02联产聚γ谷氨酸和2,3-丁二醇的发酵培养基,并进行了50 L发酵罐小试放大。分批发酵结果显示,采用优化后的培养基,聚γ谷氨酸和2,3-丁二醇的产量分别为42.5 g/L和76.13 g/L,比优化前分别提高了26.5%和188%。在联产发酵中聚γ谷氨酸和2,3-丁二醇的产量能够分别达到单独合成这两种物质的水平,为工业化联产聚γ谷氨酸和2,3-丁二醇奠定了基础。     

透明颤菌血红蛋白在产聚γ-谷氨酸地衣芽胞杆菌WX-02中的表达

聚γ-谷氨酸(γ-PGA)是一种应用前景良好的生物高分子材料.通过构建含有α-淀粉酶(amyE)基因两端交换臂的整合载体pDG1730-vgb,将透明颤菌血红蛋白基因(vgb)整合到聚γ-谷氨酸生产菌株地衣芽胞杆菌(Bacillus licheniformis)WX-02染色体中,获得重组子M2.一氧化碳差光光谱结果验证M2中表达了有活性的血红蛋白,3 L发酵罐分批发酵结果显示M2的生物量比出发菌株WX-02提高了25.5%,γ-PGA产量提高了20%.     

过量表达异柠檬酸裂解酶对ldh-1谷氨酸棒状杆菌产丁二酸的影响

谷氨酸棒状杆菌SA001是缺失了乳酸脱氢酶基因 (ldhA) 的菌株。为了增加厌氧条件下经异柠檬酸到丁二酸的代谢通量,以提高丁二酸的产量。将来自大肠杆菌Escherichia coli K12的异柠檬酸裂解酶基因导入谷氨酸棒状杆菌SA001 (SA001/pXMJ19-aceA) 中。该菌经0.8 mmol/L的IPTG有氧诱导12 h后,转入厌氧发酵16 h,丁二酸的产量为10.38 g/L,丁二酸的生产强度为0.83 g/(L·h)。与出发菌株比较,异柠檬酸裂解酶的酶活提高了5.8倍,丁二酸的产量提高了48%。结果表明过量表达异柠檬酸裂解酶可以增加由乙醛酸途径流向丁二酸的代谢流。     

代谢工程改造大肠杆菌提高乙醇酸产率

乙醇酸(Glycolate)是一种在工业上有多种用途的重要化合物。本研究首先在大肠杆菌MG1655(DE3)中敲除了ldh A(乳酸脱氢酶),获得菌株Mgly1,作为出发菌株。然后通过调节乙醇酸合成途径的关键酶——异柠檬酸裂解酶(ace A)、乙醛酸还原酶(ycd W)、异柠檬酸脱氢酶激酶/磷酸化酶(ace K)的表达水平,得到乙醇酸产率为0.24 g/g葡萄糖(占理论产率的28.2%)。过量表达柠檬酸合成酶(glt A),乙醇酸产率提高到0.326 g/g葡萄糖(占理论产率的38.3%)。然后在Mgly1中敲除了glc B和ace B(苹果酸合成酶),减少了乙醇酸合成的前体乙醛酸的消耗。最终获得的工程菌株Mgly335乙醇酸产率达到0.522 g/g葡萄糖(占理论产率的61.4%)。     

地衣芽胞杆菌ATCC9945A中γ-聚谷氨酸降解酶基因的克隆、表达及降解性能鉴定

目的:验证在地衣芽胞杆菌ATCC9945A中存在着γ-聚谷氨酸降解酶基因(ywtD),为下一步解决在γ-聚谷氨酸微生物发酵合成过程中产物γ-PGA降解的技术性难题提供依据。方法:通过在pET-28b(+)大肠杆菌表达系统克隆表达地衣芽孢杆菌ATCC9945A中的ywtD基因,对诱导表达条件进行优化,采用SDS-PAGE和Western Blot方法检测目的蛋白的表达,并体外酶解实验验证其活性。结果:PCR扩增得到了一个1 245bp的基因片段,预期编码414个氨基酸,诱导表达后得到一个分子量大小约为45.6 kDa的表达产物。Western Blot分析结果表明ywtD基因得到了有效表达。体外酶解实验表明该表达产物具有降解γ-PGA的活性。结论:证明在地衣芽胞杆菌ATCC9945A中存在着γ-聚谷氨酸降解酶基因。     

苏云金芽胞杆菌HD-73菌株sigL基因突变体的特性分析

[目的]通过分析苏云金芽胞杆菌sigL基因突变体的特征,进一步明确sigL基因在苏云金芽胞杆菌中的功能.[方法]测定了苏云金芽胞杆菌HD-73菌株,sigL基因缺失突变菌株和互补菌株在不同营养成分的培养基中的生长曲线以及在不同氮源条件下的生长情况.分别将调控aco操纵子(编码3-羟基丁酮脱氢酶系统)的转录调节基因acoR和调控bkd操纵子(编码催化支链脂肪酸合成的酶系统)的转录调节基因bkdR的启动子与lacZ基因融合,并转入出发菌株和sigL突变体中,测定β-半乳糖苷酶的活性.[结果]sigL突变体不能利用精氨酸、脯氨酸、缬氨酸、异亮氨酸、谷氨酰胺、苯丙氨酸、蛋氨酸、色氨酸为唯一的氮源;β-半乳糖苷酶的活性分析表明:在sigL突变体中acoR基因和bkdR基因的启动子活性降低.序列比对分析表明:Bt中的AcoR和BkdR的蛋白结构域与依赖于σL的转录调节因子的保守序列相似.[结论]苏云金芽胞杆菌中sigL基因的缺失可能阻碍了某些重要碳、氮源参与的代谢途径.在Bt中AcoR和BkdR是依赖于σL的转录调节因子.     

黑曲霉菌株柠檬酸合成酶基因的敲除及功能分析

【背景】柠檬酸合成酶是碳代谢途径的中心酶,其在三羧酸循环(tricarboxylic acid cycle,TCA)、氨基酸合成和乙醛酸循环中发挥着重要作用,是柠檬酸合成的关键酶。本论文所选用的是一株高产柠檬酸的黑曲霉菌株CGMCC10142。【目的】克隆柠檬酸合成酶关键基因,构建柠檬酸合成酶的敲除菌株并鉴定其在黑曲霉菌株高产柠檬酸过程中的功能及影响。【方法】采用根癌农杆菌转化方法并利用同源重组原理,采用抗性筛选和致死型反向筛选的双重筛选方法获得正确敲除株。对转化子在不同碳源下的生长情况进行观察并对柠檬酸发酵过程中菌丝球变化和产酸量进行分析,最后通过荧光定量PCR分析柠檬酸合成酶基因对黑曲霉积累柠檬酸的影响,及其对主要代谢途径中重要酶相关基因和其他的表达量的影响。【结果】以柠檬酸高产菌株黑曲霉CGMCC10142为出发菌,构建一株遗传稳定的柠檬酸合成酶敲除的菌株T1-2。结果发现该菌株在以葡萄糖为碳源的培养基上生长缓慢并且产生孢子量减少。通过摇瓶发酵产酸实验,结果表明敲除菌在84 h产酸量为64.3 g/L,相对于出发菌的98.7g/L降低了34.85%。通过荧光定量PCR发现柠檬酸合成酶的表达量是下降的,同时重要酶的表达量都下降。【结论】该菌株的柠檬酸合成酶基因对柠檬酸积累具有重要作用,但存在其他同工酶基因,该基因敲除仅使产酸合成降低34.85%,同时发现该柠檬酸合成酶的顺畅表达有助于主代谢途径中各关键酶的高效表达,本研究可为研究黑曲霉高产柠檬酸机理奠定基础。     

植物根际芽胞杆菌菌种资源采集及其具有过水解催化活性水解酶基因的克隆

[背景]芽胞杆菌源枯草杆菌蛋白酶(subtilisin carlsberg)、乙酰基木聚糖酯酶(acetyl xylan esterase)和头孢菌素乙酰水解酶(cephalosporin acetyl hydrolase)具有较高的过水解催化活性,有商业开发价值。[目的]挖掘芽胞杆菌菌株中具有过水解酶催化活性的水解酶蛋白基因,为后续制备过水解酶及酶法合成过氧乙酸奠定基础。[方法]利用定向筛选培养基,从植物根际及纳豆产品中筛选产蛋白酶芽胞杆菌候选菌株,并利用RFLP及16S rRNA基因对其进行鉴定。从蛋白酶高产芽胞杆菌菌株中克隆枯草杆菌蛋白酶、乙酰木聚糖醋酶和头孢菌素乙酰水解酶的全长基因。[结果]从植物根际土壤及纳豆产品中共分离到85个候选菌株,RFLP及16S rRNA基因鉴定结果表明候选菌株均为芽胞杆菌,分别属于Bacillus subtilis、Bacillus cereus、Bacillus pumilus和Bacillus megaterium四个类群。从B.subtilis NSYT-3克隆的枯草杆菌蛋白酶基因编码的多肽链全长381个氨基酸,从B.pumilus OSLJ-3克隆得到的乙酰基木聚糖酯酶基因编码的多肽链全长320个氨基酸,从B.subtilis NSYT-3克隆的头孢菌素乙酰水解酶基因编码的多肽链全长318个氨基酸,3D结构模拟表明这3个酶蛋白均具有α/β水解酶折叠家族蛋白结构特点。[结论]芽胞杆菌源具过水解催化活性水解酶基因的克隆,为后续开发酶法合成过氧乙酸工艺奠定了基础。     

DegU负调控地衣芽胞杆菌普切明酸的合成及分泌

普切明酸是地衣芽胞杆菌合成并分泌的一种铁离子螯合剂,是细胞维持铁稳态的重要介质。【目的】揭示转录调控因子DegU在调控普切明酸的合成及分泌过程中的作用。【方法】以地衣芽胞杆菌DW2为出发菌株,构建degU缺失菌株DW2ΔdegU和过表达菌株DW2::Pbay-degU,通过产物检测、转录水平检测、凝胶阻滞分析和GFP报告蛋白表达分析等方法分析DegU对普切明酸合成、分泌及调控因子基因的转录调控机制。【结果】DW2ΔdegU的普切明酸产量相比于DW2提高了56.8%,而DW2::Pbay-degU相比于DW2菌株则下降83.7%。同时,degU缺失后,普切明酸合成酶基因yvm C和转运蛋白基因yvm A的转录水平分别上升为DW2的2.85倍和2.71倍,yvmC和yvmA的负调控因子基因yvmB的转录水平则下降为DW2的0.35倍;而在DW2::Pbay-degU菌株中,yvmC和yvmA的转录水平分别下降为DW2的0.47倍和0.24倍,yvmB的转录水平则上升为DW2的1.78倍。凝胶阻滞分析和GFP报告蛋白表达分析表明,DegU可以直接与PyvmC和PyvmB启动子结合,但是与yv...     

代谢工程改造L-半胱氨酸供给模块促地衣芽胞杆菌 高效合成杆菌肽

杆菌肽是一种主要由芽胞杆菌产生的广谱性抗生素,目前作为兽药广泛应用于畜禽养殖领域。前体氨基酸供应不足可能是限制微生物发酵高产杆菌肽的重要因素。文中以杆菌肽工业生产菌株——地衣芽胞杆菌Bacillus licheniformis DW2为出发菌株,研究l-半胱氨酸供给模块强化对杆菌肽合成的影响。首先,构建了l-半胱氨酸合成酶基因cysK强化表达菌株,杆菌肽效价相比于对照菌株提高了9.47%。接着,为提高l-半胱氨酸合成前体供给,对l-丝氨酸乙酰转移酶基因cysE和硫代硫酸盐/硫酸盐胞内转运蛋白基因cysP进行强化,杆菌肽产量分别提高了7.23%和8.52%。随后,结果表明转运蛋白TcyP负责从胞外向胞内转运胱氨酸,强化表达TcyP后胞内l-半胱氨酸浓度和杆菌肽效价分别提高了29.19%和7.79%。通过组合代谢工程育种,在整合表达了基因cysK基础上,利用强启动子PbacA分别替换基因cysP、cysE和tcyP原始启动子,得到工程菌株CYS4 (DW2::cysK-PbacA(cysP)- PbacA(cysE)-PbacA(tcyP)),杆菌肽效价达到910.02 U/mL,相比于出发菌株DW2 (747.71 U/mL) 提高了21.10%。最后,通过3 L发酵罐小试实验,进一步证实了强化l-半胱氨酸有利于杆菌肽合成。研究表明,强化胞内l-半胱氨酸供给水平是提高地衣芽胞杆菌中杆菌肽产量的有效策略,为杆菌肽工业生产提供了一株具有良好应用前景的菌株。     

透明颤菌血红蛋白基因在地衣芽孢杆菌ATCC9945a中的表达及作用

目的:研究透明颤菌血红蛋白基因(vgb)在产聚γ-谷氨酸(γ- PGA)的地衣芽孢杆菌ATCC9945a中的表达及对其生物量和产量的影响.方法:以大肠杆菌-枯草芽孢杆菌的穿梭表达载体pUBC19为骨架,构建含有枯草芽孢杆菌的组成型启动子P43和透明颤菌血红蛋白结构基因的穿梭表达载体pUBC19 - PV,并通过电击转化得到重组的产γ-PGA的地衣芽孢杆菌(B.licheniformis).一氧化碳差光谱验证重组B.licheniformis 中是否表达了有活性的血红蛋白.摇瓶发酵试验研究重组菌株和对照菌株生物量和发酵产物产量的变化.结果表明,重组菌株的生长明显比对照菌株快,但是γ - PGA的产量却比原始菌株低:在正常供氧时,其产量12.8g/L,比亲株产量21.7g/L下降了41%,贫氧环境下产量8.8g/L,比亲株产量12.8g/L降低了31%.结论:vgb 在重组菌株中表达了有活性的的透明颤菌血红蛋白,并可以促进细胞的生长,但聚谷氨酸的产量却有所下降.文章针对聚γ-谷氨酸产量的下降原因进行了讨论,并对下一步的工作提出了建议.     

γ-聚谷氨酸发酵培养基的Plackett-Burman法优化

以一株γ-聚谷氨酸高产菌——地衣芽孢杆菌GIM-P10为试验菌株,采用逐因子实验法确定γ-聚谷氨酸合成考察因素的参考范围,再采用Plackett-Burman设计法进行培养基的优化,10个实验因子中筛选到四个显著影响因子:柠檬酸、谷氨酸、K2HPO4和MgSO4·7H2O。另外,综合评价实验结果,表明γ-聚谷氨酸的产量与多糖含量呈负向关系,与细胞干重呈正向关系。利用Plackett-Burman设计法发酵产γ-聚谷氨酸可高达21.27g/L,为基础培养基的2倍以上。     

枯草杆菌 SBS液体发酵联产血栓溶解酶和γ-聚谷氨酸

【目的】利用枯草芽胞杆菌(Bacillus subtilis SBS)进行联产血栓溶解酶和γ-聚谷氨酸研究【方法】本研究以实验室自行分离的Bacillus subtilis SBS为出发菌株,进行了液体发酵,通过正交实验研究了碳、氮源对血栓溶解酶和γ-聚谷氨酸联产的影响,并运用多种检测方法对产物进行了鉴定。【结果】在未添加谷氨酸的培养基中合成了γ-聚谷氨酸,表明该菌是非谷氨酸依赖型菌。合成血栓溶解酶的合适碳、氮源分别是可溶性淀粉和大豆蛋白胨,合成γ-聚谷氨酸的合适碳、氮源分别是蔗糖和NH4Cl。【结论】以蔗糖和大豆蛋白胨、NH4Cl分别作为碳源和氮源进行血栓溶解酶和γ-聚谷氨酸的联产。在蔗糖 10 g/L、大豆蛋白胨 20 g/L、NH4Cl 8 g/L时,血栓溶解酶酶活为 265±25 IU/mL,γ-聚谷氨酸产量为1.183±0.015 g/L,均接近了单独合成时的水平。     

谷氨酸棒杆菌一步法发酵糖质原料生产γ-聚谷氨酸

γ-聚谷氨酸在食品、化妆品、生物医药等领域具有广泛的应用,目前主要的生产菌株是谷氨酸依赖型菌株,在生产过程中需要添加谷氨酸作为前体,因而生产γ-聚谷氨酸的成本较高。文中主要研究从糖质原料一步法发酵合成γ-聚谷氨酸的生产工艺。首先,从产γ-聚谷氨酸的菌株枯草芽孢杆菌中克隆γ-聚谷氨酸合成酶的基因簇pgs BCA,在谷氨酸棒杆菌模式菌株ATCC13032中进行诱导型和组成型表达,结果显示,仅诱导型表达菌株可以积累γ-聚谷氨酸,产量为1.43 g/L。进一步对诱导条件进行优化,确定诱导时间为2 h,IPTG浓度为0.8 mmol/L,γ-聚谷氨酸产量为1.98g/L。在此基础上,在一株高产谷氨酸的谷氨酸棒杆菌F343中外源表达pgs BCA,对重组菌进行发酵,结果表明,在摇瓶发酵中γ-聚谷氨酸产量达到10.23g/L,在5L发酵罐中产量达到20.08g/L;继而对γ-聚谷氨酸进行分子量测定,结果显示,产自F343重组菌的γ-聚谷氨酸的重均分子量比产自枯草芽孢杆菌的提高34.77%。文中构建了一步法发酵糖质原料生产γ-聚谷氨酸的新途径,同时为开发其潜在应用奠定了基础。     

混菌发酵生产γ-聚谷氨酸的工艺条件优化

采用谷氨酸棒杆菌S9114和枯草芽胞杆菌NTG-4在10 L自控发酵罐上进行混菌发酵,探索混菌发酵生产γ-聚谷氨酸的可行性并进行工艺优化。结果表明:温度、接种量、pH及溶氧对聚谷氨酸发酵有较大影响,发酵前期维持32℃,6 h提温至37℃变温控制,谷氨酸棒杆菌和枯草芽胞杆菌接种量分别为5%和0.5%,pH 7.0,溶氧20%最有利于γ-聚谷氨酸发酵,在此条件下发酵32 hγ-聚谷氨酸最高产量为38.3 g/L。     

代谢改造重组谷氨酸棒杆菌C4途径高效合成5-氨基乙酰丙酸

5-氨基乙酰丙酸 (5-aminolevulinic acid,5-ALA) 在医药和农业等领域有着广泛作用,目前主要采用大肠杆菌或谷氨酸棒杆菌以微生物发酵法合成。为了进一步提高谷氨酸棒杆菌合成5-ALA的能力,对其C4代谢途径进行了系统代谢改造。首先分别在谷氨酸棒杆菌中异源表达荚膜红杆菌和沼泽红假单胞菌的5-氨基乙酰丙酸合成酶ALAS,选择酶活相对较高的沼泽红假单胞菌的RphemA基因作为关键合成酶基因,并筛选到能显著增强RphemA的酶活性的核糖体结合位点RBS5。重组菌株ALAS的比酶活可达 (221.87±3.10) U/mg,且5-ALA产量提高了14.3%;随后通过敲除α-酮戊二酸脱氢酶抑制蛋白基因 (odhI) 和琥珀酸脱氢酶基因 (sdhA),促进了前体琥珀酰CoA向5-ALA途径的流动;通过sRNA抑制hemB表达减少了5-ALA的降解;并且过表达半胱氨酸/O-乙酰丝氨酸转运蛋白eamA提高了5-ALA的输出效率;使用重组菌株C. glutamicum 13032/?odhI/?sdhA-sRNAhemB-RBS5RphemA-eamA摇瓶发酵,5-ALA最高产量达11.90 g/L,较出发菌株提高了57%。最后,在5 L发酵罐中进行补料分批发酵,48 h内5-ALA的产量达25.05 g/L,为目前以葡萄糖为碳源发酵的最高产量。本研究构建了高产5-ALA重组谷氨酸棒杆菌,具有良好的工业应用前景。     

过量表达钝齿棒杆菌柠檬酸合酶编码基因prpC2对L-精氨酸合成的影响

钝齿棒杆菌(Corynebacterium crenatum)SYPA5-5是诱变选育的一株高产精氨酸菌株。柠檬酸合酶作为TCA途径的关键酶,对细胞胞内氨基酸代谢流调节有重要作用。在钝齿棒杆菌SYPA5-5中过量表达同源的柠檬酸合酶(citrate synthase)基因prp C2,研究其对精氨酸及副产物合成的影响。重组菌C.crenatum SYPA5-5/p DXW-10-prp C2胞内柠檬酸合酶比酶活提高了5.37倍,使L-精氨酸产量在5L发酵罐中达到44.7g/L,与对照相比提高了23.1%。同时,有机酸测定分析TCA循环的精氨酸前体柠檬酸及异柠檬酸的量有所提高,且赖氨酸合成前体草酰乙酸量减少,氨基酸测定分析L-精氨酸发酵中最主要的副产物L-赖氨酸浓度由原来的5.96g/L降到1.21g/L,降低了80%。     

1株产聚-β-羟基丁酸芽胞杆菌的分离、筛选与鉴定

从浙江省金华市花生地土样中筛选、分离纯化得到1株产聚-β-羟基丁酸编号为PX-95的芽胞杆菌,PHB产量为135.81 mg/L。根据形态特征、生理生化特征初步鉴定为芽胞杆菌属蜡样芽胞杆菌群,16S rDNA序列分析显示PX-95菌株与苏云金芽胞杆菌以及蜡样芽胞杆菌均具有高度同源性,最后采用扩增gyrB（DNA促旋酶B亚单位）基因的方法将其鉴定为苏云金芽胞杆菌（Bacillus thuringiensis）。     

枯草芽孢杆菌聚谷氨酸合成途径相关基因功能研究

聚谷氨酸(polyglutamic acid, PGA)作为一种天然多功能的聚合物,近年来成为研究的热点。由于很难通过化学方法合成,微生物发酵是目前生产聚谷氨酸的有效途径。【目的】从基因水平探究枯草芽孢杆菌聚谷氨酸合成途径中degS、degQ、degU、swrA、rocA、putM基因的功能,通过分子改造实现对代谢途径的调控。【方法】以枯草芽孢杆菌为出发菌株,通过对代谢途径中相关基因进行敲除或过表达,分别构建degS、degQ和degU基因缺失的重组菌,swrA、rocA和putM基因过表达的重组菌,借助菌株胞外聚谷氨酸积累的变化分析影响途径的关键节点。【结果】在摇瓶发酵条件下,重组菌Bacillus subtilis 168-swrA、Bacillus subtilis 168-rocA、Bacillus subtilis 168-putM的胞外聚谷氨酸含量分别是原始菌株的1.28倍、1.47倍和1.37倍。重组菌Bacillus subtilis 168-ΔdegS、Bacillus subtilis 168-ΔdegQ、Bacillus subtilis 168-ΔdegU的胞外...