产鼠李糖脂生物表面活性剂大肠杆菌的构建与优化

目前鼠李糖脂生物表面活性剂主要由条件致病的铜绿假单胞菌生产获得,从而影响工业应用。为了开发一种相对安全的鼠李糖脂生产菌,将带有不同强度组成型合成启动子的鼠李糖基转移酶基因(Rhamnosyltransferase gene,rhl AB)以单、中、高3种拷贝数分别在大肠杆菌ATCC 8739中异源表达,实现了不同产量的鼠李糖脂异源合成。对rhl AB基因和rha BDAC基因簇(TDP-L-鼠李糖合成的基因簇)进一步利用合成启动子进行组合调控,筛选获得了最优生产鼠李糖脂工程菌——大肠杆菌TIB-RAB226。对大肠杆菌TIB-RAB226进行发酵温度优化,鼠李糖脂产量达到124.3 mg/L,是优化前的1.17倍。通过分批补料发酵,12h时鼠李糖脂产量达到209.2 mg/L。对发酵产物进行高效液相色谱-质谱联用技术分析,共检出相对含量变化的5类质核比不同的鼠李糖脂同系物。本研究可为异源合成产鼠李糖脂提供重要参考。     

RBS文库调控重组大肠杆菌β-胡萝卜素合成途径关键基因提高β-胡萝卜素合成能力

β-胡萝卜素属于类胡萝卜素家族的一员,在药品、保健品、化妆品和食品行业有广泛的应用。本研究通过用RBS文库对重组大肠杆菌CAR005中β-胡萝卜素合成途径的关键基因dxs、idi和crt操纵子进行调控来提高β-胡萝卜素合成能力。研究发现3个基因分别用RBS文库调控后,与起始菌株相比β-胡萝卜素产量最高分别有7%、11%和17%的提高,表明使用RBS文库调控比使用多个固定强度启动子调控能筛选到更有利于目标产品合成的基因表达强度。三基因组合调控后,β-胡萝卜素产量相对于CAR005菌株提高了35%。同时发现,单基因文库筛选到的最优强度对于组合调控来说,未必是最优强度。本研究为利用基因表达调控优化目标产物合成途径提供了一种新的方案。     

毕赤酵母截短PGK1启动子与不同终止子组合调控外源基因表达

【目的】调控多基因表达对于优化代谢途径和合成生物学应用至关重要,构建不同的启动子和终止子组合,可作为毕赤酵母代谢途径改造和优化外源基因表达的有力分子调控工具。【方法】首先,将毕赤酵母组成型磷酸甘油酸激酶基因的启动子P_PGK1进行截短,构建截短启动子分别调控报告基因（绿色荧光蛋白基因egfp和β-半乳糖苷酶基因lac Z）表达的毕赤酵母重组菌。检测重组菌的报告基团转录水平、荧光强度和β-半乳糖苷酶产量。然后,构建了不同强度启动子和终止子组合（共27种组合）调控egfp表达的重组菌。最后,选取能调控基因高、中、低表达的6个启动子-终止子组合,调控β-呋喃果糖苷酶基因表达,构建β-呋喃果糖苷酶分泌表达的重组菌。【结果】构建的截短启动子(P_PP、P_PE、P_PG和P_PD)的强度是野生型启动子P_PGK1的70%–190%,最强的启动子为P_PD。分别与9个终止子组合时,P_PG、P_PE和P_PD     

大肠杆菌合成启动子的构建及在顺,顺-粘康酸生物合成中的应用

启动子是基因表达调控的重要元件.在代谢工程和合成生物学研究中,经常需要利用不同强度的启动子对代谢途径进行精细调控,来实现代谢平衡,降低中间产物积累,提高目标产物合成.然而目前可获得的启动子难以满足以上要求,而且不同来源的启动子通用性差,缺乏标准化.针对这些问题,设计了1条88个碱基对的启动子,包含典型的-35区、-10区以及核糖体结合区.同时,在转录起始位点上游6个碱基、-35与-10区间隔区14个碱基对中引入简并序列,构建了合成启动子文库.利用合成启动子控制红色荧光蛋白mCherry的表达强度,经过两轮筛选,从5 000多个克隆中获得了720个不同强度的启动子.随机挑选35条不同强度的启动子进行测序分析,结果表明不同强度的启动子具有碱基偏好性.对于强启动子,-13位点嘌呤碱基出现频率高,转录起始区除-4位点外,嘧啶碱基出现的频率高于嘌呤碱基,而-10区与-35区间14个位点的嘌呤碱基与嘧啶碱基出现频率大致相当.最后选取5条不同强度启动子应用于顺,顺-粘康酸合成途径调控优化,结果显示不同强度的启动子可以调节目标产物顺,顺-粘康酸的合成和中间产物儿茶酚的积累.     

原核细胞中可调控人工转录元件的构建与表征

人工转录装置可以按照所设计的方式在原核细胞和真核细胞中调节基因表达。本研究在大肠杆菌中设计并构建了一种由合成启动子和人工转录因子构成的人工转录装置:其中,合成启动子包含了一种弱启动子P_(lac)突变体与位于其上游的λ噬菌体操纵区(O_R2或O_R3)的不同组合,而人工转录因子则利用细菌RNA聚合酶α亚基的N端和λ噬菌体CI蛋白的C端组成的融合蛋白α-CI作为效应域,CI蛋白作为DNA结合结构域。利用绿荧光蛋白作为报告基因对这一人工转录装置检测发现,它可以成功开启报告基因的转录活性。随后通过改变这一人工转录装置的某些参数,例如,增加启动子上游操纵序列的拷贝数、使用温敏型CI取代野生型CI、在系统中引入CI的阻遏蛋白Cro等多种方式,实现了对报告基因转录强度的精细调控。这一人工可调控转录装置可以在原核细胞中实现对报告基因表达强度的精细调控,在原核细胞中调节基因线路的信号输出强度方面具有一定的应用前景。     

糖丁基梭菌产丁醇途径在大肠杆菌中的构建及发酵

摘要:【目的】通过克隆来源于糖丁基梭菌(Clostridium saccharobutylicum DSM13864)丁醇合成途径的关键酶基因(thlA,bcs-operon和adhE),构建产丁醇大肠杆菌。【方法】以Clostridium saccharobutylicum DSM13864的基因组为模板,分别扩增丁醇途径关键酶基因thlA,bcs-operon(crt-bcd1-etfB2-fixB2-hbd)和adhE,构建了两个重组质粒pETDuet-bcs和pRSFDuet-thlA-adhE,并成功转入E.coli JM109(DE3)实现异源表达,使大肠杆菌具备产丁醇能力。在半厌氧条件下进行重组菌的发酵,并研究不同培养基对产丁醇的影响。【结果】该重组菌在半厌氧条件下经摇瓶发酵丁醇产量达到25.4 mg/L,通过优化培养基后,在TB发酵培养基中丁醇产量可达到34.1 mg/L。【结论】通过构建重组共表达质粒,将糖丁基梭菌来源的丁醇途径关键酶基因在大肠杆菌中表达,成功构建产丁醇大肠杆菌。该研究提供了一株易于操作的丁醇发酵重组大肠杆菌,避免了传统梭菌发酵丁醇生产中苛刻的厌氧条件、易产孢子等限制问题。     

丁醇在大肠杆菌中的生物合成研究进展*

生物丁醇作为一种重要的化学品和石油基燃料的替代品引起了人们的广泛关注。大肠杆菌(Escherichia coli)是生物合成化学品的优良底盘菌株,已在其体内构建了丁醇的生物合成途径。但大肠杆菌合成丁醇存在:(1)代谢通量非最优;(2)辅因子和氧化还原不平衡;(3)丁醇产量和产率低等问题,为此,从高效酶选择、碳代谢流调控、辅因子调控、丁醇生产和工艺等方面已经对丁醇合成途径和丁醇发酵进行了优化。从该角度出发阐述近几年来大肠杆菌生物合成丁醇的研究进展,并展望了利用工程大肠杆菌生产丁醇的研究方向,旨在为应用其进行高效的丁醇生产提供参考。     

丁醇在大肠杆菌中的生物合成研究进展*

生物丁醇作为一种重要的化学品和石油基燃料的替代品引起了人们的广泛关注。大肠杆菌(Escherichia coli)是生物合成化学品的优良底盘菌株,已在其体内构建了丁醇的生物合成途径。但大肠杆菌合成丁醇存在:(1)代谢通量非最优;(2)辅因子和氧化还原不平衡;(3)丁醇产量和产率低等问题,为此,从高效酶选择、碳代谢流调控、辅因子调控、丁醇生产和工艺等方面已经对丁醇合成途径和丁醇发酵进行了优化。从该角度出发阐述近几年来大肠杆菌生物合成丁醇的研究进展,并展望了利用工程大肠杆菌生产丁醇的研究方向,旨在为应用其进行高效的丁醇生产提供参考。     

多个调控元件调控萜类合成途径基因表达提高β-胡萝卜素的生产

强启动子对于获得目标产物最大代谢流量来说并不一定是最优的;相比之下,使用多个具有不同强度的调控元件对基因表达进行调控更有可能获得最优的表达强度.为了对比使用多个调控元件和使用强启动子调控萜类合成途径基因表达对β-胡萝卜素生产的影响,并通过对关键基因的组合调控提高β-胡萝卜素的生产.文中使用6个强度差异很大的人工调控元件,对萜类合成途径的8个基因进行调控.对于不同的基因,其最适的调控元件强度各不相同.对8个基因的调控使β-胡萝卜素产量提高1.2～3.5倍.和以前报道不一样的是,文中发现用适当强度的调控元件对dxr、ispG和ispH基因进行调控后,也能提高β-胡萝卜素的生产.对dxs和idi基因的组合调控将β-胡萝卜素产量提高了8倍,最终β-胡萝卜素产量达17.59 mg/g干重细胞.结果表明使用多个不同强度的调控元件对基因表达进行调控比仅使用强启动子调控更为有效,为提高目标产品合成能力提供了一种新的基因表达调控方案.     

丁醇基因在大肠杆菌中表达的现状与展望

随着化石能源过度开采带来的能源短缺与环境恶化,丁醇凭借着其优越的理化性质成为了最具潜力的绿色燃料之一。近几年微生物在生物能源生产研究中受到广泛关注,主要集中在梭菌丁醇合成途径的异源表达。目前利用大肠杆菌产丁醇的产量已经接近产丁醇的天然菌株的产量。然而,大肠杆菌产丁醇仍存在很多限制性因素。主要从乙酰辅酶A依赖途径评述大肠杆菌生产丁醇的限制因素,并讨论提高丁醇产量需要解决的问题。     

Analysis of the spc ribosomal protein operon of Thermus aquaticus

The gene region of Thermus aquaticus corresponding to the distal portion of the S10 operon and to the 5'-portion of the Escherichia coli spc operon was cloned, using the E. coli gene for the ribosomal protein L5 as hybridization probe. The gene arrangement was found to be identical to E. coli, i.e. S17, L14, L24, L5, S14, S8 and L6. Stop and start regions of contiguous cistrons overlap, except for the S14-S8 intergenic region, whose size (67 bases) even exceeds the corresponding spacer regions in E. coli and Bacillus subtilis. A G + C content of 94% in third positions of codons was found in the ribosomal protein genes of T. aquaticus analyzed here. The stop codon of gene S17 (the last gene of the S10 operon in E. coli) and the start codon of gene L14 (the first gene of the spc operon in E. coli) overlap in T. aquaticus, thus leaving no space to accommodate an intergenic promoter preceding spc-operon-encoded genes in T. aquaticus. A possible promoter, localized within the S17 coding region, yielded only weak resistance (20 micrograms/ml) to chloramphenicol in E. coli and therefore could be largely excluded as the main promoter for spc-operon-encoded genes. We failed to detect a structure resembling the protein S8 translational repressor site, located at the beginning of the L5 gene in E. coli, in the corresponding region or any other region in the cloned T. aquaticus spc DNA.     

In vivo 5'' terminus and length of the mRNA for the proton-translocating ATPase (unc) operon of Escherichia coli.

The promoter for the proton-translocating ATPase (unc) operon of Escherichia coli was localized by using a plasmid promoter-screening vector system. S1 nuclease analysis, using the appropriate single-stranded DNA probe from this promoter region and in vivo mRNA, revealed that the 5' end of the in vivo unc mRNA initiates with a guanine residue 73 bases before the start of the proposed gene 1 or 474 bases before uncB. An in vivo unc mRNA species of approximately 7,000 nucleotides in length which initiates in the unc promoter region was shown to exist by RNA-DNA hybridization analysis. This unc mRNA species (based on DNA sequence analysis) is sufficient in length to contain all nine genes, gene 1 and uncBEFHAGDC. That gene 1 is cotranscribed with the unc genes was confirmed by using hybridization probes containing the promoter-proximal (gene 1) or -distal gene (uncC). No strong internal promoters within the unc operon were revealed with either the promoter-screening vector system or the RNA-DNA hybridization analysis. The 5' terminus and the length of the unc mRNA were found to be identical in cells grown either aerobically or anaerobically. The level of unc operon expression, as assayed with the unc promoter plasmid, did not significantly differ when cells bearing the plasmid were grown either aerobically or anaerobically.