甲基营养菌MP688甲醇脱氢酶基因mpq1818的敲除及功能研究

目的:研究甲醇脱氢酶基因mpq1818在甲基营养菌MP688生长代谢中的作用。方法:利用同源重组原理构建中间为庆大霉素抗性基因Gmr、两侧mpq1818基因上下游序列同源的敲除载体pAK0-up-Gmr-down,接合转移导入MP688,通过庆大霉素抗性和组合PCR方法筛选基因敲除菌,并检测其生长、甲醇脱氢酶活性、甲醇利用及吡咯喹啉醌(PQQ)生物合成能力等方面的差异。结果:抗性和PCR验证显示mpq1818缺失株构建成功;与野生菌相比,缺失株的甲醇脱氢酶活力及利用甲醇的能力降低,而且菌株的生长和PQQ产量也有显著下降。结论:基因mpq1818的缺失影响菌株前期生长与PQQ合成。     

甲基营养菌MP688中启动子探针载体的构建

目的:以半乳糖苷酶基因作为报告基因,构建适于探测甲基营养菌MP688启动子的载体。方法:通过PCR扩增半乳糖苷酶基因片段,连入质粒pCM66构建启动子活性探针载体pMPlacZ。根据MP688的基因组序列设计引物,通过PCR扩增5个pqqA基因、核糖体亚基A基因(rpsA)、核糖体亚基B基因(rpsB)、伴侣分子groel基因和甲醇脱氢酶基因(mdh)等共9个基因的启动子序列,将这9个启动子片段连入pMPlacZ进行活性测定。结果:构建了一个适于探测甲基营养菌MP688的启动子活性的载体pMPlacZ;利用构建的报告系统对MP688中9个基因的启动子进行了活性比较,得到3个与吡咯喹啉醌合成相关的强启动子。结论:构建的启动子活性检测载体可以有效、灵敏地用于MP688强启动子的筛选和启动子活性检测。     

吡咯喹啉醌产生菌筛选方法建立及菌种筛选

吡咯喹啉醌(PQQ)是一种氧化还原酶的辅酶,具有多种生理功能。扩增得到大肠杆菌葡萄糖脱氢酶(GDH)基因,并利用表达载体pET28a在E.coli BL21(DE3)中进行了表达。纯化了可溶性表达产物,并建立了基于GDH的重组酶法分析PQQ的方法。确定了甲基营养菌筛选模型,从2000余份土样中分离得到一株PQQ高产生菌MP606,在未经培养条件优化及诱变选育的条件下PQQ产量达113mg/L。从该菌培养液中制备得到了产物的结晶,HPLC分析、特征光谱分析以及酶法分析均证实该产物为PQQ。扩增并分析了MP606的16S rDNA序列,结果显示该菌16S rDNA序列与12种甲基营养菌都具有95%以上同源性,其中与食甲基菌属两菌株的16S rDNA序列同源性达99%。     

一碳代谢关键酶——甲醇脱氢酶的研究进展与展望

甲醇和甲烷等一碳原料来源广泛,价格低廉,是生物制造的理想原料。甲醇脱氢酶(Methanol dehydrogenase,MDH)催化甲醇生成甲醛是一碳代谢的关键反应。目前已从天然甲基营养菌中发现了多种利用不同辅因子,具有不同酶学性质的MDH。其中,烟酰胺腺嘌呤双核苷酸(NAD)依赖型MDH被广泛应用于构建人工甲基营养菌。但是,NAD依赖型MDH的甲醇氧化活性较低,对甲醇的亲和力较差,导致甲醇氧化成为人工甲基营养菌代谢甲醇的限速步骤。为了提高甲醇氧化速率,进而提高人工甲基营养菌的甲醇利用效率,近年来大量研究集中于MDH的挖掘与改造研究。文中系统综述了不同类型MDH的发现、表征、改造以及在人工甲基营养菌中的应用进展,详细阐述了MDH的定向进化和多酶复合体的构建,并展望了通过细胞生长偶联的蛋白质进化和蛋白质理性设计获得高活性MDH的潜在策略。     

依赖PQQ甲醇脱氢酶对底物催化专一性差的原因分析

采用甲基营养杆菌NO .2为实验菌株 ,经超声波破细胞 ,酸处理 ,DEAE 纤维素和CM 纤维素柱层析等改进的纯化程序 ,可得到比活力为 12 .5u/mg的甲醇脱氢酶 (MDH)样品。该酶在测活系统中除能氧化甲醇等醇类化合物外 ,还能以较大速率氧化氯化铵、甲胺、脲等物质 ,MDH对不同底物亲和力的差异性主要取决于其辅基吡咯喹啉醌 (PQQ)与底物的结合力。甲醇脱氢酶与底物结合前后在特定区域的光谱有一定的差异性     

甲醇的生物利用与转化*

甲醇作为一种来源广泛、价格低廉、还原度高的非粮原料有望成为下一代生物制造的关键原料。利用合成生物学技术构建能够高效利用甲醇的重组微生物以实现从甲醇到高值化学品的生物转化已成国内外研究热点,但由于甲醇代谢过程的特殊性及复杂性,目前人工设计的甲基营养菌还难以实现以甲醇为唯一碳源进行生长及产物合成。基于对天然甲基营养菌甲醇代谢过程的分析,从甲醇脱氢酶的筛选与改造、甲醛同化途径的重构与优化、甲醇到化学品的生物转化几个方面对合成型甲基营养菌的构建策略及面临的挑战进行总结与分析,以期为今后合成型甲基营养菌的人工设计和利用提供一定的借鉴。     

甲醇的生物利用与转化*

甲醇作为一种来源广泛、价格低廉、还原度高的非粮原料有望成为下一代生物制造的关键原料。利用合成生物学技术构建能够高效利用甲醇的重组微生物以实现从甲醇到高值化学品的生物转化已成国内外研究热点,但由于甲醇代谢过程的特殊性及复杂性,目前人工设计的甲基营养菌还难以实现以甲醇为唯一碳源进行生长及产物合成。基于对天然甲基营养菌甲醇代谢过程的分析,从甲醇脱氢酶的筛选与改造、甲醛同化途径的重构与优化、甲醇到化学品的生物转化几个方面对合成型甲基营养菌的构建策略及面临的挑战进行总结与分析,以期为今后合成型甲基营养菌的人工设计和利用提供一定的借鉴。     

甲基营养菌MP688萄糖脱氢酶基因分离鉴定及性质研究

目的：鉴定甲基营养菌MP688中的葡萄糖脱氢酶基因。方法：对甲基营养菌MP688基因组序列进行比对和分析,找到与已知细菌葡萄糖脱氢酶同源性最高的基因序列mpq_2164,且该基因所编码蛋白经分析具有跨膜结构域。设计51物扩增mpq_2164和缺失跨膜区域序列的s-mpq_2164,将PCR产物克隆到表达载雄pET-15b上,在大肠杆菌BL21中完成异源重组表达,然后通过组氨酸标签镍柱亲和层析纯化,采用DCIP法测定葡萄糖脱氢酶的活力。结果：分离了甲基营养菌MP688中的葡糖糖脱氢酶基因,并实现了s-mpq_2164的高效异源重组表达;MPQ2164的氯基酸序列与已知的葡萄糖脱氢酶相似性很低,但酶活测定结果表明S-MPQ-2164具有很高的葡糖糖脱氢酶活性。结论：MPQ_2164是-个依赖于吡咯喹啉醌的葡萄糖脱氢酶,去掉跨膜结构域有利于该蛋白的异源嘉{大,     

马肝醇脱氢酶基因的克隆及其在大肠杆菌中的表达

利用RT-PCR技术从马肝扩增HLADH-E和HLADH-S基因,通过基因工程方法构建表达质粒pLY115E和pLY115S,在大肠杆菌中表达,并利用Ni柱分离纯化。利用紫外检测辅酶NADH在340nm的吸光值,来考察表达产物转化环己醇的活性。试验结果证明马肝醇脱氢酶HLADH-E和HLADH-S基因均能在大肠杆菌中表达,并且可溶性表达产物都具有氧化环己醇的活性,为马肝醇脱氢酶的进一步研究开发奠定了基础。     

通过转座诱变筛选甲基营养菌吡咯喹啉醌合成缺陷突变株

目的:对电转化等Tn5转座诱变条件进行优化,获得大量甲基营养菌MP688突变株,筛选吡咯喹啉醌(PQQ)合成缺陷突变株,并对失活基因进行鉴定。方法:通过电击方法对MP688株进行Tn5转座诱变;通过检测PQQ产量,选择不产或几乎不产PQQ的突变株,用质粒拯救的方法鉴定突变基因。结果和结论:确定了MP688株电击转化的最优条件,优化了质粒拯救法鉴定突变基因的实验方案,得到了1株PQQ合成明显降低的突变株RM16,并确定了转座子在染色体上的插入位点。     

Cloning, expression, and sequence analysis of the Bacillus methanolicus C1 methanol dehydrogenase gene.

The gene (mdh) coding for methanol dehydrogenase (MDH) of thermotolerant, methylotroph Bacillus methanolicus C1 has been cloned and sequenced. The deduced amino acid sequence of the mdh gene exhibited similarity to those of five other alcohol dehydrogenase (type III) enzymes, which are distinct from the long-chain zinc-containing (type I) or short-chain zinc-lacking (type II) enzymes. Highly efficient expression of the mdh gene in Escherichia coli was probably driven from its own promoter sequence. After purification of MDH from E. coli, the kinetic and biochemical properties of the enzyme were investigated. The physiological effect of MDH synthesis in E. coli and the role of conserved sequence patterns in type III alcohol dehydrogenases have been analyzed and are discussed.     

Cloning and nucleotide sequences of the mdh and sucD genes from Thermus aquaticus B

A 3 kb DNA fragment containing the gene (mdh) encoding malate dehydrogenase (MDH) from the thermophile Thermus aquaticus B was cloned in Escherichia coli and its nucleotide sequence determined. Comparative analysis showed the nucleotide sequence to be very closely related to that determined for the Thermus flavus mdh gene and flanking regions, with no differences between the predicted amino acid sequences of the MDHs. A proximal open reading frame, identified as the sucD gene, and the mdh gene may be parts of the same operon in T. aquaticus B. Expression of the T. aquaticus B mdh gene in E. coli was found to be at a relatively low level. A simple method for purification of thermostable MDH from the E. coli clone containing the T. aquaticus B mdh gene is presented.     

Expression and function of heterologous forms of malate dehydrogenase in yeast.

The structure of the tricarboxylic acid cycle enzyme malate dehydrogenase is highly conserved in various organisms. To test the extent of functional conservation, the rat mitochondrial enzyme and the enzyme from Escherichia coli were expressed in a strain of Saccharomyces cerevisiae containing a disruption of the chromosomal MDH1 gene encoding yeast mitochondrial malate dehydrogenase. The authentic precursor form of the rat enzyme, expressed using a yeast promoter and a multicopy plasmid, was found to be efficiently targeted to yeast mitochondria and processed to a mature active form in vivo. Mitochondrial levels of the polypeptide and malate dehydrogenase activity were found to be similar to those for MDH1 in wild-type yeast cells. Efficient expression of the E. coli mdh gene was obtained with multicopy plasmids carrying gene fusions encoding either a mature form of the procaryotic enzyme or a precursor form with the amino terminal mitochondrial targeting sequence from yeast MDH1. Very low levels of mitochondrial import and processing of the precursor form were obtained in vivo and activity could be demonstrated for only the expressed precursor fusion protein. Results of in vitro import experiments suggest that the percursor form of the E. coli protein associates with yeast mitochondria but is not efficiently internalized. Respiratory rates measured for isolated yeast mitochondria containing the mammalian or procaryotic enzyme were, respectively, 83 and 62% of normal, suggesting efficient delivery of NADH to the respiratory chain. However, expression of the heterologous enzymes did not result in full complementation of growth phenotypes associated with disruption of the yeast MDH1 gene.     

山梨醇脱氢酶的克隆、表达及活性检测

目的:从氧化葡糖杆菌H24中克隆山梨醇脱氢酶基因进行表达并检测其活性。方法:以氧化葡糖杆菌H24基因组DNA为模板,PCR扩增包括启动子、结构基因及其后的终止序列在内的山梨醇脱氢酶基因;将PCR产物插入pMD18T载体,转化大肠杆菌DH5α;通过活性电泳检测山梨醇脱氢酶在大肠杆菌中的表达及活性。结果:从氧化葡糖杆菌H24中扩增得到山梨醇脱氢酶基因并在大肠杆菌中实现表达,重组菌株经活性电泳检测具有醇糖转化活性。结论:原核表达的山梨醇脱氢酶具有很强的醇糖转化活性。     

酮古龙酸菌山梨醇脱氢酶的原核表达及活性检测

目的：克隆酮古龙酸菌Y25的山梨醇脱氢酶基因sldh,在大肠杆菌中进行表达并检测表达产物的活性。方法：以酮古龙酸菌Y25基因组DNA为模板,PCR扩增sldh基因,连接到表达载体pTIG,转入大肠杆菌BL21（DE3）,IPTG诱导表达;取表达菌体、菌体裂解上清和沉淀进行SDS-PAGE分析;以山梨醇为底物,通过活性电泳、体外转化及休止细胞转化进行sldh基因表达产物的活性检测。结果：扩增得到1740 bp的山梨醇脱氢酶基因,构建了表达质粒pTIG-sldh并在大肠杆菌中获得表达,SDS-PAGE结果显示表达产物为可溶性形式,相对分子质量约58×10^3;活性电泳结果说明表达产物在以山梨醇为底物时表现出脱氢酶活性,而经体外转化和休止细胞转化后薄层层析检测出转化产物山梨糖的存在。结论：在大肠杆菌中实现了酮古龙酸菌山梨醇脱氢酶的可溶性表达,且表达的重组脱氢酶能将山梨醇脱氢生成山梨糖。