基于重组大肠杆菌无细胞体系生产吡咯喹啉醌

采用无细胞体系生产吡咯喹啉醌(pyrroloquinoline quinone,PQQ)。首先将肺炎克雷伯氏菌PQQ基因簇pqqABCDEF置于半乳糖苷酶启动子之下,构建表达载体,经转化筛选获得重组大肠杆菌。制备重组菌的细胞匀浆,体外反应后测定PQQ产量。结果显示,与活体重组菌相比,无细胞体系的PQQ产量提高约30%,表明胞内存在PQQ合成的限速反应,而无细胞体系可解除此限速反应。     

吡咯喹啉醌生物合成研究进展

吡咯喹啉醌(pyrroloquinoline quinone,PQQ)是一种多肽修饰类天然产物,是继烟酰胺和核黄素之后第三类辅酶,具有抗氧化、抗衰老、提高免疫力等重要生理功能,在医药、保健等领域具有重要价值.目前,PQQ的大规模制备仍然存在诸多问题,限制了PQQ的广泛应用.当前迫切需求低成本的合成方式,以充分实现其广阔...     

食甲基杆菌J1-1吡咯喹啉醌生物合成突变株的筛选和鉴定

目的:通过Tn5转座诱变筛选食甲基杆菌J1-1吡咯喹啉醌(PQQ)生物合成相关基因。方法:构建食甲基杆菌J1-1 Tn5转座突变体库,筛选PQQ合成水平差异明显的突变株,利用质粒拯救法鉴定突变基因,通过基因敲除、回补及过表达进一步研究该基因与PQQ合成的关系。结果:构建了J1-1的Tn5转座突变体库,筛选得到一株PQQ合成水平显著下降的突变株,经鉴定Tn5插入位点为mpq0056基因,该突变株在以甲醇为惟一碳源的培养基中生长速度略慢;敲除J1-1中mpq0056基因后,PQQ的合成水平下降,与Tn5诱变结果一致;回补该基因后,PQQ产量恢复到野生菌水平。结论:mpq0056基因参与了PQQ的生物合成,该基因可能编码分支酸盐裂合酶,并在PQQ生物合成中起重要作用。     

高产吡咯喹啉醌扭脱甲基杆菌的高通量选育

吡咯喹啉醌(PQQ)是一种细菌脱氢酶的辅酶,具有促进机体生长、调节机体自由基水平等功能,应用于食品、医药等领域。由于化学合成法成本较高,微生物发酵法生产PQQ受到关注。目前,发酵法生产PQQ产量较低,限制了其工业应用。然而,由于对PQQ菌株的合成与调控机制尚缺乏深入理解,以及对野生型菌株缺乏必要的基因工程改造手段,目前采用代谢工程强化PQQ合成菌株还缺乏相关基础。因此,本研究以扭脱甲基杆菌Methylobacterium extorquens I-F2为研究对象,整合常压室温等离子体诱变、流式细胞术分选和高通量筛选策略,对样品制备和流式分选过程进行优化,最终筛选出一株PQQ高产突变菌株1-C6,PQQ产量比出发菌株I-F2提高98.02%。本文所述的流式细胞术结合高通量筛选方法能简单、快速地获得高产突变菌株,相比于基因工程改造和传统筛选方法,具有提升效果明显且易于实施等优势。     

吡咯喹啉醌合成及生产工艺研究进展

吡咯喹啉醌(pyrroloquinoline quinone, PQQ)是继烟酰胺和核黄素之后发现的第三类氧化还原酶辅因子,普遍存在于生物体中参与呼吸链电子传递,具有促进线粒体产生、清除自由基、增强细胞代谢和预防心肌损伤等生理功能,在医药、食品和农业领域具有广泛的应用前景。微生物发酵法是PQQ生产的主要方式,解析PQQ生物合成途径及其调控机制,通过代谢工程选育短周期、高产量的生产菌是PQQ工业化的研究方向之一。本文综述了PQQ的合成途径、高产菌株选育以及微生物发酵生产与分离纯化的研发工作,为深入阐释PQQ的生物合成机制和工业化生产菌株的选育提供参考。     

一株吡咯喹啉醌产生菌的筛选和初步鉴定

目的:筛选新的吡咯喹啉醌(PQQ)产生菌株。方法:收集土壤样品富集培养,分离菌株,NBT染色法快速筛选PQQ产生菌,经Native-PAGE复筛,NBT-Gly法和分光光度法相结合测定菌株PQQ产量;选取产量最高的1株菌考察菌株生长条件,扩增16S rDNA并测序,Blast比对分析确定菌株分类位置。结果:从500余份土壤样品中筛选得到1株PQQ产生菌T28,PQQ产量达13.3 mg/L。该菌株16S rDNA序列与生丝微菌的同源性为96%,确定了T28的最适生长培养基配方。结论:从土壤中筛选到1株新的PQQ产生菌,命名为生丝微菌T28。     

适应性驯化选育高产吡咯喹啉醌的生丝微菌突变株

吡咯喹啉醌(PQQ)广泛存在于生物体内,具有促进机体生长、维护线粒体功能、促进神经生长因子合成和调节机体自由基水平等生理功能,在医药、食品和化妆品领域具有广阔的应用前景。为提高脱氮生丝微菌Hyphomicrobium denitrificans FJNU-6的PQQ生产性能,文中以高浓度甲醇为拮抗因子进行实验室适应性定向驯化,通过光谱法快速筛选体系,选育PQQ高产正突变株。6轮适应性驯化后,每轮驯化的正向突变率达到90%以上,产量提高1倍的突变株达到10%左右。最后,利用5L发酵罐对突变株FJNU-R8进行分批补料培养,相较于出发菌株,突变株在不同甲醇浓度下pqq和moxF基因簇的表达量较高且差异较小,甲醇消耗和生长速度较慢,PQQ产量达到1 087 mg/L (143 h),单位细胞产量提高了1.42倍,展现出良好的工业应用潜力。文中所述的适应性定向驯化结合快速筛选体系能简单、快速地获得高产PQQ的生丝微菌突变菌株,对其他甲基营养菌高产PQQ突变株的高通量筛选具有借鉴作用。     

甲基营养菌甲醇脱氢酶基因的克隆及表达

目的:从甲基营养菌MP681中扩增甲醇脱氢酶(MDH)基因,在大肠杆菌中表达并检测其活性,同时在MP681中考察该基因对吡咯喹啉醌(PQQ)产生的影响。方法:根据MP681基因组序列设计引物,PCR扩增靶基因mdh,构建表达载体,考察活性,利用接合转移转化至MP681,考察PQQ的合成。结果:扩增得到甲基营养菌MP681甲醇脱氢酶基因,在大肠杆菌中的表达产物能够催化甲醇脱氢;将携带mdh基因的质粒转入MP681后,PQQ产量略有提高。结论:获得编码MDH的基因,该基因能够在大肠杆菌中表达,且表达产物具有生物活性;甲醇脱氢酶基因表达对宿主菌的PQQ合成可能有一定影响。     

高效液相色谱法分析吡咯喹啉醌

目的:建立一种通过高效液相色谱(HPLC)定量测定吡咯喹啉醌(PQQ)的分析方法。方法:将PQQ标准品及发酵制备的PQQ结晶粉末溶于10 mmol/L Na OH溶液,利用高效液相色谱仪进行测定。采用Waters XBridge C18(4.6 mm×150 mm,5μm)作为分离柱,用甲醇-水(用三氟乙酸调节p H值为1.0)梯度洗脱,流速为1.0 m L/min,于室温下检测PQQ,检测波长为365.8 nm。结果:检测得PQQ标准品的保留时间约为7.8 min,在0.031 25~1 mg/m L范围内线性关系良好,相关系数(r2)在0.9999以上,平均回收率为98.6%。结论:高效液相色谱法分析PQQ的灵敏度和准确度高,是一种可靠的PQQ定量分析方法。     

醌蛋白研究进展

醌蛋白又称醌酶,是一类以吡咯喹啉醌(PQQ)或其结构类似物(TTQ、TPQ或LTQ)为辅助因子的氧化还原酶。以PQQ为辅酶的醌蛋白是其中最重要的一类醌蛋白。按其在氧化还原反应过程中包含辅酶的种类和数量可以分为Ⅰ型、Ⅱ型和Ⅲ型等3种型别。Ⅰ型醌蛋白是一类简单的醌蛋白,只含有1分子的PQQ作为辅酶;而Ⅱ型和Ⅲ型醌蛋白含有PQQ和血红素c作为辅酶。Ⅱ型醌蛋白包含1分子PQQ和1分子血红素c,广泛存在于假单胞菌属、丛毛单胞菌属细菌的胞外周质中,参与催化反应过程。Ⅲ型醌蛋白仅存在于醋酸菌属细菌的细胞膜上,由3个亚基组成,即含有1个PQQ/血红素的催化亚单位、1个含有3个血红素c的亚单位和1个不含辅酶的功能未知的亚单位。综述了几种主要醌蛋白的结构、催化机制、电子传递,以及它们的应用情况。