透明颤菌血红蛋白的研究进展及其在发酵工业中的应用

透明颤菌血红蛋白（Vitreoscilla Hemoglobin, VHb）是20世纪70年代后期发现的一种血红蛋白,该蛋白质能使透明颤菌在低氧的环境下生存,并保持较高的生长速率。随着其作用机理的深入研究,VHb在生物工程领域的应用越来越广泛。本文总结了近年来VHb的研究进展,包括蛋白结构、细胞定位、基因改组、作用机理等方面的研究,并概述了其在微生物发酵工业中的应用。     

透明颤菌血红蛋白的应用进展

透明颤菌血红蛋白（VHb）具有在限氧条件下促进异源宿主细胞生长和增加产物产量的作用,已在发酵、环保、转基因动植物、重组蛋白表达等方面得到了广泛应用。将VHb与酶或蛋白融合表达可提高酶的活性、稳定性或蛋白的分离效率。对VHb进行改造有助于获得性能更良好的"新"蛋白。     

利用 ORF438 启动子在链霉菌中表达透明颤菌血红蛋白

链霉菌中表达了透明颤菌血红蛋白（VHb）,表明VHb对放线紫素的产生和菌体的生长有促进作用^[2].pIJ702质粒上带有与次生代谢有关的酪氨酸酶基因（mel）^[3],mel由ORF438启动子（P_ORF438）带动转录^[4].本文尝试利用P_ORF4328表达vgb.     

透明颤菌血红蛋白的分离纯化与分析检测

透明颤菌血红蛋白(Vitreoscillahemoglobin,VHb)是惟一一种研究得较为透彻的原核生物氧结合蛋白血红蛋白。它支持细胞在微氧条件下进行好氧生长,克服发酵过程中的溶氧限制,因此在需氧微生物发酵工业中具有重要的应用价值。简述了VHb的分离纯化过程,综述了VHb的各种定性检测和定量分析方法,比较了各种检测分析方法的优缺点和适用性。提出利用改进的一氧化碳差光谱法以全细胞悬浮液为对象直接进行VHb的定量分析是发酵工业中应用VHb重组菌株的研究发展方向 。     

透明颤菌血红蛋白的结构功能和应用进展

透明颤菌血红蛋白(VHb)是科学家发现的第一种微生物血红蛋白,它的结构、生化功能以及表达调控机制都已经得到广泛的研究。VHb可以在很多宿主细胞中表达,通过促进氧的输送增强呼吸和能量代谢,以提高许多有用的代谢产物(抗生素、蛋白质、聚合物等)的产量和宿主抗逆性,还能降低有害化合物的毒害。重点从VHb的功能与结构、在提高微生物代谢产物的产量,以及对动植物某些特性的影响和增加生物修复能力等方面的应用进展进行了综述,并对VHb在植物代谢和动物代谢中具有很大的发展空间进行了展望。     

共表达透明颤菌血红蛋白对毕赤酵母产β-甘露聚糖酶发酵过程的影响

为了改善高密度发酵生产β-甘露聚糖酶过程中的溶氧限制,提高β-甘露聚糖酶产量,将VHb和β-甘露聚糖酶基因置于AOX1启动子调控之下,进行VHb和β-甘露聚糖酶基因在毕赤酵母中的共表达。经密码子优化合成VHb基因,插入表达载体p PICZαA,整合到β-甘露聚糖酶工程菌中,通过G418和Zeocin抗性筛选共表达VHb基因的重组酵母工程菌。在30 L发酵罐水平上分析共表达VHb菌株(VHb+)与初始菌株(VHb-)对β-甘露聚糖酶表达的差异。结果显示,限氧条件下,VHb+菌株的β-甘露聚糖酶的表达量比对照菌株VH b-高90%,且透明颤菌血红蛋白提高了甲醇耐受性,缩短发酵周期约40 h。     

血红蛋白基因在产CBHⅡ毕赤酵母工程菌中的表达

目的:提高毕赤酵母工程菌P.pastoris-CBHⅡ液体发酵产纤维二糖水解酶(CBHⅡ)的能力。方法:分别构建了用于胞外及胞内表达透明颤菌血红蛋白(VHb)基因的毕赤酵母重组表达质粒pPICZαA-vhb与pPICZαA(-s)-vhb。通过电转化将两种质粒转化巴氏毕赤酵母重组菌体P.pastoris-CBHⅡ菌株,经过筛选分别获得可正确表达具有生物活性的VHb蛋白的重组菌株P.pastoris-CBHⅡ-vhb(胞内表达VHb)及P.pastoris-CBHⅡ-vhb(-s)(胞外表达VHb)。结果:摇瓶发酵实验表明,血红蛋白在贫氧条件下可促进CBHⅡ的分泌表达,培养液上清的CMC酶活分别从出发菌株P.pastoris-CBHⅡ的1.81U/ml提高到2.04U/ml(胞内表达VHb)与1.93U/ml(胞外表达VHb)。VHb蛋白胞内表达菌株比胞外表达菌株效果更明显。     

透明颤菌血红蛋白基因在解淀粉芽孢杆菌中的表达及其影响

将强启动子P43与透明颤菌血红蛋白基因（vgb）通过重叠延伸PCR进行融合,克隆到芽孢杆菌整合表达载体pDG1730中,重组表达载体pDG-P43vgb转化促生防病解淀粉芽孢杆菌FZB42,Wsetern-Blot和CO差光谱分析表明重组菌株FZB42-VHb表达了有活性的VHb蛋白,VHb的表达对重组菌株菌体的生长及抗菌脂肽的产生都有促进作用.在相同培养条件下,重组菌最大菌体密度比原始菌株提高了14.49 %,抗菌脂肽fengycin的产量提高了1.74倍,抗菌脂肽surfactin的产量提高了3.14倍.     

透明颤菌血红蛋白的研究与发展前景

在缺氧条件下,透明颤菌血红蛋白(VHb)通过促进氧输送增强呼吸和能量代谢,并在各种宿主中表达,显示出改善增长,蛋白质分泌,代谢产物的生产力和提高宿主抗逆性等的生理效应,从而使蛋白质在代谢工程尤其在优化植物代谢中应用前景广阔.概括了VHb在生物技术工业的诸多研究领域中的应用潜力,探讨VHb功能的细胞机制,并显示出各领域所采取的各种方法.     

β-葡萄糖苷酶与透明颤菌血红蛋白在大肠杆菌中的共表达

为解决大肠杆菌高密度发酵生产β-葡萄糖苷酶过程中溶氧不足的问题,分别采用双顺反子和T7启动子系统在Escherichia coli中引入透明颤菌血红蛋白(VHb)以改善溶氧的利用、提高菌体的生物量,进而增加β-葡萄糖苷酶的产量。以双顺反子形式诱导表达VHb时,在摇瓶低溶解氧条件下的最高生物量达到4.24±0.29(OD_(600)),与无VHb表达的对照组相比提高了35.03%,同时β-葡萄糖苷酶发酵酶活达到了(9.78±0.55)U/m L,比对照组提高了25.38%。在3 L发酵罐中使用双顺反子形式共表达VHb时,β-葡萄糖苷酶发酵总酶活达到141.23 U/m L,与无VHb表达的对照相比提高了35.57%。以T7启动子对VHb进行表达后,在摇瓶和发酵罐中β-葡萄糖苷酶的发酵酶活均低于对照组。这些结果表明,在大肠杆菌中以双顺反子形式共表达β-葡萄糖苷酶和VHb能够提升菌体对低溶氧的耐受能力,提高菌体生物量和β-葡萄糖苷酶的产量。     

透明颤菌血红蛋白基因克隆及植物表达载体的构建

透明颤菌血红蛋白是一种专性好氧的氧结合蛋白。目的:以VHb基因构建植物表达载体,并在大肠杆菌中实现表达。方法:使利用试剂盒提取透明颤菌血红蛋白的总DNA,以其为模板通过PCR克隆VHb基因。结果:克隆得到VHb基因片段的长度约为0.5kb,与NCBI上公布的VHb基因序列最大同源性达99%。结论:通过酶切鉴定及PCR检测,成功构建重组植物表达载体p3300-vhb-super promoter-Tnos。     

含血红蛋白基因(VHb)的铜绿假单胞菌重组菌的构建及鼠李糖脂表达条件的研究

将RDR（ribonucleotide diphosphate reductase）启动子驱动下的透明颤菌（Vitreoscillasp．）血红蛋白（Vitreoscilla hernoglobin,VHb）基因的表达载体pSETRDR-VHb转入铜绿假单胞（Pseudamanas aeruginosa）s301菌株中。并对其中阳性转化子AY26菌株进行了鼠李糖脂表达条件的研究。正交实验k（4。）优化培养基,最佳组分为：硫酸镁0．075％、硝酸钠0．5％、清油3mUL、酒石酸钠0．4％。在限碳培养条件下,转化子SY26鼠李糖脂产量达到12．9dL,比对照菌株S301（8．4g／L）提高150％,5L发酵罐放大实验验证,重组菌AY26的表面活性剂产量达到33．12g／L。     

毕赤酵母中表达透明颤菌血红蛋白提高重组脂肪酶的表达

解脂耶氏酵母胞外脂肪酶Lip2(YlLip2)是一种具有广泛应用前景的工业酶.为了改善高密度发酵生产Y1Lip2过程中的溶氧限制,提高Y1Lip2的表达量,将YlLip2基因lip2和透明颤菌血红蛋白(VHb)基因vgb分别置于AOXl启动子和PsADH2启动子的调控之下,进行YlLip2和VHb在毕赤酵母中的共表达.PsADH2启动子来源于树干毕赤酵母Pichia stipitis,在低氧条件下能被激活.SDS-PAGE和CO-差式光谱分析表明,Y1Lip2和VHb在重组菌中成功实现了共表达.在氧限制性条件下,VHb表达的细胞(VHb+,GS 115/9Klip2-pZPVT)与对照细胞(VHb-,GS 115/9Klip2)相比,摇瓶和10 L发酵罐中YlLip2表达量分别提高了25％和83％.此外,在低氧条件下,VHb+细胞在10 L发酵罐中的生物量也比VHb-细胞高.文中也获得了一株表达了VHb的并携带有多个lip2基因拷贝的克隆子GS 115/9Klip2-pZP VTlip2 49#,在低氧条件下,该克隆子在10L发酵罐中的最高脂肪酶水解活力达33 900 U/mL.因此,在毕赤酵母中用PsADH2启动子表达VHb,同时增加lip2基因的拷贝数是提高YlLip2表达量的一种有效策略.     

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%。     

在兽疫链球菌中表达vgb基因和HA合成基因提高透明质酸产量

透明质酸(HA)是一种在医药及化妆品领域具有广泛应用的天然粘多糖。兽疫链球菌(Streptococcuszooepidemicus)是工业上生产透明质酸的菌种之一。透明颤菌血红蛋白(VHb)具有增强细胞摄氧的作用。对生产透明质酸的兽疫链球菌进行了基因改造:将兽疫链球菌HA的合成基因hasABC以及合成透明颤菌血红蛋白的vgb基因(Vitreoscillahemoglobingene,vgb)分别或同时插入阳性菌表达质粒pEU308中,通过电转化导入兽疫链球菌中。通过一氧化碳(CO)差光谱检测到了VHb的表达。在摇瓶实验中,同时带有hasABC和vgb基因的重组菌比野生菌的透明质酸产量提高了30％。而在发酵罐中,带有这2个基因的重组菌的透明质酸产量达到了6．9g／L,高于重组菌5．5g／L的产量。实验结果表明,vgb基因的存在促进了细胞的生长,hasABC操纵子的过表达增强了透明质酸的合成。首次将VHb导入兽疫链球菌中,获得了表达,并证明其对菌体生长及透明质酸合成有促进作用。通过研究,VHb将可以在阳性菌中获得更广泛的应用。     

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％.     

透明颤菌血红蛋白与耐低氧抗生素生产菌株构建

透明颤菌血红蛋白(Vitreoscilla hemoglobin,VHb)是由透明颤菌属细菌产生的氧结合蛋白。通过引入透明颤菌血红蛋白基因(vgb)从降低需氧角度定向改造抗生素生产菌是近年来研究的热点。vgb在宿主菌中的异源表达能有效提高宿主菌在低氧环境下的代谢效率,促进代谢产物积累,基于这一特性,采用基因工程育种策略构建具有低氧耐受性的生产菌种,将有效降低抗生素生产成本。简述了近年来VHb的研究进展,重点总结了耐低氧抗生素生产菌株构建的研究及其应用现状,并对其在抗生素工业生产中的应用前景进行展望。     

灵芝品种优化——VHb基因转化灵芝

灵芝(Ganoderma lucidium)作为一种重要的药用真菌,在我国传统医学中已有悠久的应用历史。古代对灵芝记载较为详细的书籍包括东汉成书的《神农本草经》,该书将灵芝分为赤、黄、青、白、蓝、黑、紫,皆列为药用上品。而关于灵芝滋补强壮作用的论述也可见于《本草纲目》等历代本草学著作中。VHb基因在供氧不足的条件下,能改善重组细胞的氧运输效率,满足细胞的呼吸要求,使之适应较低的溶氧水平,从而促进重组细胞的生长和一些代谢产物的合成。在本实验中VHb基因提高了氧气的利用率,间接提高了目标产物的产量。本研究利用根癌农杆菌介导的基因转化方法方法成功将透明颤藻VHb基因转化到灵芝细胞中,发现转基因灵芝生长及出菇明显加快,取得了较好的效果。     

细菌血红蛋白基因在产D-阿拉伯糖醇酵母菌中的克隆与表达

构建了含透明颤菌血红蛋白基因vgb和甲醛抗性基因SFA1的重组质粒pVgb EX2 ,转化到产D 阿拉伯糖醇的酵母Saccharomycessp.X 62中。转化子细胞中VHb的含量比对照菌细胞有显著提高 ,表明基因vgb在酵母细胞中得到表达。转化子发酵的D 阿拉伯糖醇产量与转化率均有提高。在重复实验中D 阿拉伯糖醇的产量最多提高了 2 7 3%。在实验条件下 ,似乎D 阿拉伯糖醇的产量与细胞VHb含量有相关性。     

透明颤菌血红蛋白基因调控与功能的研究

透明颤菌(Vitreoscila)血红蛋白(VHB)是一种氧调节、氧结合蛋白。其基因(vgb)已被克隆及表达。Vgb基因表达在转录水平上受氧控制．FNR蛋白作为厌氧激活于介入该调节过程。VHb可与氧结合参与细胞代谢过程,使细胞适应贫氧环境。Vgb基因的氧调控启动子和VHb蛋白的生理功能在基因工程和发酵工程具有良好的应用前景。