海洋来源硫酸软骨素降解酶的研究进展

硫酸软骨素作为糖胺聚糖的一类,广泛分布于细胞膜表面及细胞基质中,参与了一系列生理和病理过程。硫酸软骨素的功能多样性与其结构多样性密切相关,而硫酸软骨素降解酶在硫酸软骨素/硫酸皮肤素构效关系研究中发挥了重要作用。该文结合笔者工作,全面阐述了目前商品化硫酸软骨素降解酶的种类、作用机制,以及近期在海洋细菌中发现和鉴定的硫酸软骨素降解酶。最后,对海洋来源硫酸软骨素降解酶进行了展望。     

合成生物学技术在糖胺聚糖生产中的应用

糖胺聚糖是一类直链酸性多糖,具有优良的生物相容性和生理活性,被广泛应用于临床治疗,并用作药物运输载体,其中透明质酸、 肝素和硫酸软骨素的相关研究最为深入。由于传统方式（如动物组织提取法等）制备糖胺聚糖,存在外毒素、病毒等致病因子污染的风 险,因而,利用合成生物学技术,构建重组工程菌株生产糖胺聚糖,逐渐受到研究者们的重视。主要围绕透明质酸、肝素前体及软骨素, 综述糖胺聚糖的生物合成途径,并探讨产糖胺聚糖基因工程菌的构建以及糖胺聚糖生物合成过程中分子质量调控机制,以期为构建产高 品质糖胺聚糖工程菌株提供新思路。     

基于合成生物学策略实现糖胺聚糖的微生物合成

糖胺聚糖广泛应用于化妆品和保健品领域以及血栓、骨关节炎、癌症等临床医疗.目前,商品化糖胺聚糖依赖于动物组织提取,产品存在均一性差、有潜在致病因子等缺点.采用合成生物学策略合成糖胺聚糖及其寡糖可避免上述问题,且可实现精准控制硫酸化程度及产品分子量分布.随着基因组学和合成生物学的发展,透明质酸、软骨素、肝素前体、硫酸软骨素及肝素等的合成途径被阐释,多种平台菌株的遗传操作体系不断完善.基于合成生物学策略构建微生物细胞工厂合成糖胺聚糖已成为未来发展趋势.本文主要综述了近年来生产糖胺聚糖及其寡聚糖的生物策略尤其是相关合成生物学手段,以期为未来研究提供新思路.     

基于工程化毕赤酵母一锅法合成硫酸软骨素A北大核心CSCD

硫酸软骨素(chondroitin sulfate,CS)是一种线性多糖,广泛应用于医疗和保健等领域。相比于传统动物组织提取法,微生物合成硫酸软骨素具有可控、易规模化放大等优势。为实现硫酸软骨素A(CSA)的高效合成,本研究首先通过整合软骨素合酶编码基因kfoC、kfoA以及UDP-葡萄糖脱氢酶编码基因tuaD至毕赤酵母GS115基因组中,构建了以甘油为唯一碳源发酵生产软骨素的毕赤酵母工程菌株。通过进一步优化软骨素合成途径,软骨素分批补料发酵水平达到2.6 g/L。在进一步整合表达软骨素-4-O-磺基转移酶的基础上,本研究通过向生产软骨素毕赤酵母工程菌株破碎液中添加3′-磷酸腺苷-5′-磷酰硫酸和软骨素-4-O-磺基转移酶,成功建立了CSA的一锅法生物合成体系。通过优化,最终实现0-40%不同磺酸化水平CSA的可控合成。本研究中CSA的一锅法生物合成体系操作简便、易放大,更适用于工业化大规模生产。本研究结果也为肝素等其他糖胺聚糖的合成提供了思路。     

透明质酸酶的研究进展

透明质酸酶是能降解透明质酸及部分糖胺聚糖的一类糖苷酶,可应用于医疗和美容等领域。透明质酸酶也可用于制备小分子糖胺寡糖,许多研究发现小分子糖胺寡糖具有比大分子糖胺聚糖更高的生物免疫活性。为便于研究人员对透明质酸酶进行进一步的基础研究及应用研究,本文介绍了透明质酸和透明质酸酶,梳理了透明质酸酶的分类、结构和催化机理,归纳总结了透明质酸酶的酶活力测定方法、重组表达、酶学性质和应用,展望了透明质酸酶的研究方向。     

酸性土壤中高效半纤维素降解菌的筛选与鉴定

【目的】筛选能够适应南方酸性土壤的高效半纤维素降解菌株,并进行鉴定,确定菌株的安全性。【方法】采用半纤维素平板水解圈法和胞外酶测定法进行菌株筛选,通过拮抗实验构建复合微生物菌系。利用培养特征、形态学、生理生化特征和分子生物学方法进行菌株鉴定。【结果】筛选出效果稳定,互不拮抗的高效半纤维素降解放线菌4株(NA9、NA10、NA12和NA13),半纤维素酶活分别为:217.6、229.8、221.1和211.8 U/mL。真菌2株NF1和NF7,半纤维素酶活为217.7和244.2 U/mL。复合微生物菌系半纤维素酶活可达299.0 U/mL。经鉴定菌株NA9、NA10、NA12和NA13为链霉菌中的哥斯达黎加链霉菌(Streptomyces costaricanus)。菌株NF1为亮白曲霉(Aspergillus candidus),菌株NF7为黄蓝状菌(Tarlaromyces flavus)。     

发酵法生产硫酸软骨素的研究进展

硫酸软骨素是一种典型的硫酸化糖胺聚糖,具有多种药物活性,广泛应用于药品、保健品及化妆品行业。硫酸软骨素是动物软骨中蛋白聚糖的主要成分和少数几种细菌的荚膜多糖,因此可利用动物提取法和发酵法进行生产。以下综述了硫酸软骨素的发酵生产及其合成机制的研究进展,并对其发展趋势进行了展望。     

一株产纤溶酶菌株的分离鉴定及其纤溶组分分析

【目的】筛选性能良好的产纤溶酶菌株,对菌株进行多项分类鉴定,分析其纤溶酶系的组成特征及纤溶能力。【方法】通过酪蛋白培养基初筛,琼脂-纤维蛋白双层平板复筛,从海泥、土壤等环境中筛选纤维蛋白降解菌,以尿激酶为标准测定纤溶酶活性。通过形态学、生理生化特征研究,结合16S rDNA基因序列分析菌株种类及系统分类地位。通过SDS-PAGE和纤维蛋白酶谱法分析胞外纤溶酶系的组成特征。【结果】筛选到一株能降解纤维蛋白的细菌CNY16,鉴定其为沙福芽孢杆菌(Bacillus safensis)。该酶为胞外酶,SDS-PAGE和纤维蛋白酶谱结果表明该纤溶酶系有至少两种分子量大小不同的纤溶酶,分别约33 kD和23 kD。能有效溶解血块中纤维蛋白,并且对红细胞无降解作用。【结论】细菌CNY16是一株新的纤溶酶产生菌,纤溶酶活性及稳定性较好,具有潜在开发价值。为获取新型纤溶酶提供了一种新的菌源。     

降解烤烟秸秆和烟碱菌株的筛选及其产酶特性

摘要:【目的】为获得能够降解烤烟秸秆和烟碱的菌株,并探索其降解烤烟秸秆的利用途径。【方法】以烤烟秸秆为唯一碳氮源,从烟田土壤中进行了菌株的筛选。采用形态学观察、生理生化特性鉴定、16S rRNA基因序列鉴定等方法对该菌株进行了鉴定,并对其以烤烟秸秆为底物进行液态发酵的产酶活性和木质纤维素降解效果进行了测定。【结果】结果表明:该菌株为巨大芽孢杆菌(Bacillus megaterium)。在以烤烟秸秆为主要营养物质液态发酵条件下该菌株具有较强的木质素降解能力,最大漆酶活力达到418.52 U/L,而木质素过氧化物酶和锰过氧化物酶的最大酶活分别为19.71 U/L 和64.71 U/L。此外,发酵20 d后该菌能够完全降解发酵液中的烟碱。【结论】本研究筛选到了1株能够较好降解烤烟秸秆和完全降解烟碱的巨大芽孢杆菌(Bacillus megaterium),且该菌株具有利用烤烟秸秆生产漆酶的应用价值。     

淡水湖渔场沉积物中产胶原蛋白酶菌株的筛选及发酵优化

【背景】胶原蛋白酶能够高效降解水不溶性的胶原蛋白,在各行业中都有着广泛的应用。淡水湖渔场中大部分动物残骸中的胶原蛋白都会沉降到沉积物中,因而其生态环境中应含有丰富的产胶原蛋白酶菌株。【目的】以环洞庭湖水系淡水湖渔场沉积物为样品,筛选产胶原蛋白酶菌株,并对其中一株产酶量和生物安全性均高的菌株进行鉴定及发酵产酶条件的初步研究,以期为胶原蛋白和胶原蛋白酶的工业生产及应用奠定基础。【方法】采用稀释涂布平板法和点种法筛选产胶原蛋白酶菌株,通过茚三酮显色法测定发酵液胶原蛋白酶酶活,并结合16S rRNA基因序列比对和系统发育分析确定产酶菌株的种类。采用滤纸片扩散法检测菌株抗生素敏感性和溶血性,用溴甲酚紫显色法检测菌株氨基酸脱羧酶活性,硝酸还原酶活性测定用试剂盒,通过单因素试验法和正交试验法进行菌株产胶原蛋白酶发酵条件的优化。【结果】从环洞庭湖水系中的4个淡水湖渔场的表层沉积物中共筛选分离得到113株产胶原蛋白酶菌株,并从中挑选一株来自东湖沉积物的产酶量和生物安全性均高的菌株,该菌株为Exiguobacterium属细菌,命名为Exiguobacterium sp. DJ1。菌株DJ1的最佳产酶条件...     

Biosurfactant-Mediated Biodegradation of Polycyclic Aromatic Hydrocarbons—Naphthalene

The present study is aimed at the naphthalene degradation with and without biosurfactant produced from Pseudomonas aeruginosa isolated from oil-contaminated soil. The present study was carried out to isolate the bacterial strains for the naphthalene degradation and also for biosurfactant production. The isolated strains were screened for their ability to degrade the naphthalene by the methods of optimum growth rate test and for the production of biosurfactants by cetyltrimethylammonium bromide, blood agar medium, and thin-layer chromatography. The present study also focused on the effect of biosurfactant for the degradation of naphthalene by isolate-1. Two bacterial strains were isolated and screened, one for biodegradation and another for biosurfactant production. The second organism was identified as Pseudomonas aeruginosa by 16S rRNA analysis. The purified biosurfactant reduces the surface tension of water and also forms stable emulsification with hexadecane and kerosene. The end product of naphthalene degradation was estimated as salicylic acid equivalent by spectrophotometric method. The results demonstrated that Pseudomonas aeruginosa has the potential to produce biosurfactant, which enhances the biodegradation of naphthalene. The study reflects the potential use of biosurfactants for an effective bioremediation in the management of contaminated soils.     

基于微生物同化作用的D-丙氨酸生产工艺研究

以L-丙氨酸为唯一碳氮源,从采集的若干土壤中初筛出能够降解L-丙氨酸的菌株;再以D-丙氨酸为唯一碳氮源,复筛出降解L-丙氨酸而不降解D-丙氨酸的菌株。依据菌种对DL-丙氨酸的不对称降解活性,筛选出具有最高的L-丙氨酸降解活性的菌株,并对菌株同化L-丙氨酸的反应条件进行了研究。结果表明:编号为ALA-D82的菌株具有最高的降解L-丙氨酸的能力,经鉴定为酵母菌属。在30℃,控制pH6.0,通气比1:1(V/V)和转速900 r.min-1的条件下,L-丙氨酸降解的速度最大。在最适条件下,1500 g DL-丙氨酸分两部分添加入7 L的反应液中。反应72 h后溶液中的L-丙氨酸被完全降解,提取得到D-丙氨酸晶体,产率和光学纯度分别达到92.13%和99%。     

高效石油降解菌群的构建及对芳香烃化合物萘的协同降解性能

【背景】石油作为一类混杂有机化合物,一旦产生污染就会对人类和环境造成严重的危害。【目的】从新疆石油污染土壤中分离筛选石油降解菌,为石油污染土壤的生物修复提供数据支持及技术参考。【方法】以石油为唯一碳源,通过富集培养、筛选分离得到123株单菌,根据菌落形态挑选出30个不同形态菌株,通过16S rRNA基因序列确定其种属,构建系统发育树;通过原油降解实验筛选出高效石油降解菌,以芳香烃的标志化合物萘为唯一碳源筛选出高效降解菌株,并分别筛选可降解水杨酸、邻苯二酚的菌株。【结果】分离筛选出5株高效石油降解菌,降解率高于85%;萘、水杨酸和邻苯二酚降解菌株各获得一株,将3种菌株按照1:1:1的接种比例对萘进行降解,萘的降解率从单菌60.74%提升到89.40%,菌株间的分工协作可以提高有机物的降解效率。【结论】筛选得到的菌株丰富了石油降解微生物菌种库,不同微生物菌株之间的分工协作为石油污染物的降解提供了新思路,为进一步研究石油污染治理提供参考。     

解脂亚罗酵母菌体外降甘油三酯降胆固醇效果研究

筛选出高效降三酰甘油降胆固醇菌株,为新型药物、食品的制备提供优良菌株。从样品中筛选分离出酵母菌株,并测定菌株降三酰甘油能力,采用磷硫铁比色法测定菌株降胆固醇能力,通过耐酸、耐胆盐及毒性实验研究菌株各项性能,通过生理生化及26S rDNA法对菌株进行鉴定。结果显示,试验筛选出1株高效降脂降胆固醇酵母菌EAM-ZT003T,降三酰甘油能力高达80.2%,菌株具有很好的耐酸、耐胆盐能力,为期42 d的小鼠毒性试验发现,小鼠未出现异常体征,未发现异常死亡,且解剖观察各器官一切正常,菌株经26S rDNA鉴定为解脂亚罗酵母菌(Yarrowia lipolytica)。     

Unraveling the cellulolytic and hemicellulolytic potential of two novel <Emphasis Type="Italic">Streptomyces</Emphasis> strains

The Streptomyces spp. are notorious plant biomass decomposers in soil environments, but only few strains were biochemically and genetically characterized. Here, we employed functional screening along with genomic sequencing for identification of novel lignocellulolytic Streptomyces strains. Streptomyces strains isolated from soil were functional screened based on their cellulolytic and hemicellulolytic capacities by enzymatic plate assays containing carboxymethylcellulose (CMC) and beechwood xylan as sole carbon source. Subsequently, genomes of Streptomyces strains were sequenced, annotated, and interpreted to correlate their genetic contents with biochemical properties. Among the 80 bacterial isolates that were screened for enzymatic activity, two Streptomyces strains (named as F1 and F7) exhiting higher endoglucanase and endoxylanase activities were selected for biochemical and genomic characterization. After cultivation on steam-pretreated sugarcane bagasse-based medium, the supernatant of the strains F1 and F7 exhibited enzymatic activity against different substrates, such as arabinan, rye arabinoxylan, β-glucan, starch, CMC, xylan, and chitin. Furthermore, strain F7 was able to degrade pectin, mannan, and lichenan. The genomic analysis of both strains revealed a diversity of carbohydrate-active enzymes. The F1 and F7 genomes encode 33 and 44 different types of glycosyl hydrolases families, respectively. Moreover, the genomic analysis also identified genes related to degradation of lignin-derived aromatic compounds. Collectively, the study revealed two novel Streptomyces strains and further insights on the degradation capability of lignocellulolytic bacteria, from which a number of technologies can arise, such as saccharification processes.     

高效降解机油微生物的筛选及除油效果初探

从多处受石油及其制品污染的土壤中筛选到六株对高浓度机油等相关石油制品具有降解能力的微生物菌种。对该六株菌种的单独和混合降解机油的效果进行了研究,并考察了营养成分对机油降解的影响。实验表明:Px01菌种具有最强的除油能力,在合适条件下,Px01培养液的机油降解速率可达0.502g/L.d。混合菌的除油效果明显好于单菌,最高降解速率可到0.64g/L.d。混合菌的营养要求较低,添加有机营养元素对混合微生物的生长和机油降解没有显著的促进作用。由于所筛选驯化得到的微生物菌种针对高浓度含机油废水的降油效果显著,因此具有良好的应用前景。     

黄曲霉毒素生物防控菌的筛选及鉴定

筛选黄曲霉毒素生物防控菌,为黄曲霉毒素的生物防控提供支持。以花生原产地土壤为材料,采用牛津杯法筛选所需菌株。对筛选出的拮抗菌株进行抑制产毒曲霉菌株的生长、产孢、降解黄曲霉毒素实验。筛选出2株黄曲霉毒素生防细菌,编号21-1-2、17-3,经鉴定,拮抗菌21-1-2为枯草芽胞杆菌,拮抗菌17-3为地衣芽胞杆菌。分别对拮抗菌对曲霉孢子萌发的抑制、抑制黄曲霉的生长和菌丝延长以及减少黄曲霉毒素的产生、对黄曲霉毒素的分解作用等几个方面进行研究,结果表明,拮抗菌可以明显抑制产毒曲霉孢子的萌发、生长、菌丝的延长,减少黄曲霉毒素的产生以及分解黄曲霉毒素。     

Isolation and characterization of a bacterium which utilizes polyester polyurethane as a sole carbon and nitrogen source

Abstract Various soil samples were screened for the presence of microorganisms which have the ability to degrade polyurethane compounds. Two strains with good polyurethane degrading activity were isolated. The more active strain was tentatively identified as Comamonas acidovorans . This strain could utilize polyester-type polyurethanes but not the polyether-type polyurethanes as sole carbon and nitrogen sources. Adipic acid and diethylene glycol were probably the main degradation products when polyurethane was supplied as a sole carbon and nitrogen source. When ammonium nitrate was used as nitrogen source, only diethylene glycol was detected after growth on polyurethane.     

The inoculation method affects colonization and performance of bacterial inoculant strains in the phytoremediation of soil contaminated with diesel oil

Plants in combination with microorganisms can remediate soils, which are contaminated with organic pollutants such as petroleum hydrocarbons. Inoculation of plants with degrading bacteria is one approach to improve remediation processes, but is often not successful due to the competition with resident microorganisms. It is therefore of high importance to address the persistence and colonization behavior of inoculant strains. The objective of this study was to determine whether the inoculation method (seed imbibement and soil inoculation) influences bacterial colonization, plant growth promotion and hydrocarbon degradation. Italian ryegrass was grown in non-sterilized soil polluted with diesel and inoculated with different alkane-degrading strains Pantoea sp. ITSI10, Pantoea sp. BTRH79 and Pseudomonas sp. MixRI75 individually as well as in combination. Inoculation generally had a beneficial effect on plant biomass production and hydrocarbon degradation, however, strains inoculated in soil performed better than applied by seed imbibement. Performance correlated with the colonization efficiency of the inoculated strains. The highest hydrocarbon degradation was observed in the treatment, in which all three strains were inoculated in combination into soil. Our study revealed that besides the degradation potential and competitive ability of inoculant strains the inoculation method plays an important role in determining the success of microbial inoculation.     

一株低温玉米秸秆降解真菌的筛选、鉴定及降解特性

【背景】在我国北方地区玉米秸秆还田时期地温低、秸秆降解慢,如何加速玉米秸秆低温腐解成为研究热点。【目的】从冷凉地区土壤中筛选具有高效降解纤维素能力的低温菌株,为秸秆的有效利用奠定基础。【方法】在低温培养条件下,采用稀释涂布平板法、羧甲基纤维素钠(sodium carboxymethyl cellulose,CMC-Na)水解圈测定法、胞外酶活测定法、秸秆失重法进行低温秸秆降解菌株的初筛、复筛和秸秆降解性能的测定;根据菌株形态学特征及ITSrDNA序列分析对筛选菌株进行鉴定;利用3,5-二硝基水杨酸(3,5-dinitrosalicylic acid,DNS)法和秸秆失重法对菌株在不同接种量、培养基初始pH、温度情况下的纤维素酶活力和玉米秸秆降解能力进行研究。【结果】以16°C为筛选温度,获得一株在刚果红-羧甲基纤维素钠平板上D/d值为2.17、CMC酶活力为703 U/mL的高产纤维素酶低温真菌SDF-25;该菌株在4°C可以生长,10-16°C为最适生长温度,37°C条件下仍能生长;综合菌株的形态学和分子生物学测定结果,菌株SDF-25为草酸青霉菌(Penicillium oxalicum);该菌株最佳产纤维素酶的培养条件为接种量2%、初始pH为7.0、培养温度为10°C,在该培养条件下菌株SDF-25的CMC酶活为993.3 U/mL。失重法测定接种SDF-25于10°C培养15 d时秸秆降解率为39.5%,16°C时为44.9%。【结论】草酸青霉菌SDF-25可在低温条件下生长并具有较强的纤维素酶生产能力,在秸秆还田方面具有良好的应用前景。