敲除aceE基因对猪链球菌丙酮酸代谢的影响

【目的】探究缺失编码丙酮酸脱氢酶蛋白的aceE基因对猪链球菌生长特性、三羧酸循环和丙酮酸代谢的影响。【方法】通过测量菌液的OD600值,绘制野生型菌株与aceE基因缺失突变株的生长曲线;利用试剂盒测定三羧酸循环和丙酮酸代谢旁路中乙酰CoA、琥珀酸CoA、延胡索酸、草酰乙酸、丙酮酸、乳酸和ATP的含量,通过荧光定量qRT-PCR确定柠檬酸合酶基因、苹果酸脱氢酶基因、琥珀酸脱氢酶基因、异柠檬酸脱氢酶基因、丙酮酸脱羧酶基因、乳酸脱氢酶基因、乙醇脱氢酶基因和乙醛脱氢酶基因的表达水平。【结果】与野生株相比,菌株ΔaceE在平台期OD600值下降;添加1g/L乙酸盐能够显著提升菌株ΔaceE平台期OD600值。菌株ΔaceE的丙酮酸含量上升,ATP含量下降;三羧酸循环代谢中乙酰CoA、琥珀酸CoA、延胡索酸含量降低;柠檬酸合酶基因和苹果酸脱氢酶基因表达水平上升,琥珀酸脱氢酶基因和异柠檬酸脱氢酶基因表达水平下调;在丙酮酸代谢旁路中丙酮酸脱羧酶基因、乳酸脱氢酶基因、乙醇脱氢酶基因和乙醛脱氢酶基因表达水平上升。【结论】结果显示,菌株ΔaceE三羧酸循环活性降低,虽然能够通过PDH旁路将部分丙酮酸分解为乙...     

大肠杆菌astE、rph基因敲除突变株的构建

目的:分别构建大肠杆菌astE、rph基因敲除突变株,并检测其异丁醇耐受性的变化。方法:利用Red重组系统分别敲除大肠杆菌的astE和rph基因,并对所获得的突变株进行异丁醇耐受性相关实验研究。结果:成功构建了astE基因缺失突变株△astE和rph基因缺失突变株Δrph,发现两种突变株的异丁醇耐受性均有所提高。结论:通过缺陷菌株的构建,为未来进一步代谢改造生产异丁醇和研究异丁醇耐受机制奠定了基础。     

大肠杆菌ptsHIcrr操纵子的快速敲除及敲除菌生长性能测定

敲除大肠杆菌磷酸烯醇式丙酮酸-糖磷酸转移酶系统(简称PTS系统)ptsHIcrr操纵子,考察敲除菌株生长特性并将其与ptsG敲除菌进行比较。利用I-SceⅠ特异性切割和Red同源重组方法成功构建了大肠杆菌DH5α△ptsHIcrr敲除菌。在LB培养基中,DH5α△ptsHIcrr的生长行为与DH5α和DH5α△ptsG明显不同,其最高菌密度是DH5α和DH5α△ptsG的近2倍,而DH5α△ptsG生长行为与DH5α无明显差异。但在含1%葡萄糖的LB中,DH5α△ptsHIcrr和DH5α△ptsG均表现出生长优势,最高菌密度依次是DH5α的2.8和2倍;培养液中最终乙酸含量分别是DH5α的12.2%、47%。在M9修饰培养基中,DH5α△ptsHIcrr比生长速率(1/h)和比葡萄糖消耗速率[g/(g.h)]明显低于DH5α,并略低于DH5α△ptsG。结果说明,ptsHIcrr操纵子敲除菌改变了葡萄糖的代谢速率,并呈现与ptsG基因敲除菌不同的代谢特点。     

应用基因敲除快速构建大肠杆菌突变体改造脂肪酸代谢途径

【目的】基因敲除技术是研究基因功能的重要手段。我们试图建立一种快速、高效的大肠杆菌基因敲除方法。【方法】利用大肠杆菌(Escherichia coli)BW25113单基因缺失体Keio文库,将经典的Red同源重组技术与P1噬菌体转导技术相结合,对E.coli MG1655脂肪酸代谢基因进行快速敲除。【结果】获得了大肠杆菌β-氧化途径的缺失菌株△fadD、△fadE和△fadD-△fadE;脂肪酸合成途径缺失菌株△fabH、△fabF和△fabH-△fabF。敲除fadD和fadE对生长情况没有影响;敲除fabH后,生长速度明显减慢;敲除fabF对生长几乎没有影响。FadD、FadE及双敲缺失体的脂肪酸含量18.2 mg/L、20.0mg/L和19.2 mg/L,略高于野生型17.5 mg/L;FabH、FabF及双敲缺失体的含量分别为12.6 mg/L、15.2 mg/L和11.2 mg/L,明显低于野生型。【结论】在单基因突变体文库基础上,利用P1噬菌体转导、Red同源重组和抗性基因消除进行基因敲除,简化了构建大肠杆菌单基因和多重突变体的方法。     

大肠杆菌ptsHI-crr基因的敲除及其对苯丙氨酸生产的影响

L-苯丙氨酸(L-phenylalanine)是重要的食品和医药中间体。利用大肠杆菌发酵葡萄糖生产苯丙氨酸时,对葡萄糖转运起重要作用的磷酸烯醇丙酮酸糖磷酸转移酶系统(PTS)对苯丙氨酸产量有很大影响。由ptsHI-crr操纵子编码的磷酸组氨酸载体蛋白(HPr),酶I(EI)和酶IIAGlc是PTS的必要组分,通过敲除ptsHI-crr得到PTS缺陷菌株,可以使葡萄糖代谢更多地流向苯丙氨酸生物合成。采用Red同源重组技术将大肠杆菌染色体上的ptsHI-crr基因替换为四环素抗性基因,得到PTS缺陷菌株。该菌株在以葡萄糖为惟一碳源的培养基中摇瓶培养,菌密度为对照菌株的2.7倍,苯丙氨酸产量为对照菌株的6.3倍。     

大肠杆菌基因无痕敲除技术及策略

基因敲除技术是大肠杆菌基因组减小和代谢途径改造的有效手段,其中基于同源重组原理的基因无痕敲除技术显现出其他技术所不具备的应用优势和发展潜力。该技术可以快速敲除大肠杆菌基因组中的目标基因,并且在基因组中不残留任何外源片段,所以不会干扰后续的基因操作。我们分类介绍了无痕敲除技术中所涉及载体的结构、功能及其相应的敲除策略,着重介绍了无痕敲除技术的原理及载体构建方法。     

大肠杆菌基因组基因无痕敲除的优化方法

目的：优化大肠杆菌基因组基因无痕敲除的方法,提高无痕敲除的效率。方法：以无痕敲除大肠杆菌nanKETA基因簇为模型,利用Red同源重组系统和核酸内切酶I-SceI的筛选作用,通过两步连续同源重组无痕敲除大肠杆菌CLM37基因组中的nanKETA基因,优化无痕敲除时同源DNA长度与诱导用于筛选阳性克隆I-SceI表达的诱导剂浓度。通过比较敲除nanKETA基因前后菌株的生长曲线,研究大肠杆菌CLM37缺失nanKETA基因后的生长状态。结果：成功无痕敲除大肠杆菌CLM37基因组中的nanKETA基因,并在无痕化处理时,通过延长与基因组同源DNA的长度,由通常使用的80碱基对延长到684碱基对;并通过提高诱导筛选基因表达的四环素的浓度,由500 μg/ml提高到1000 μg/ml后,使无痕敲除效率高达90%以上。生长曲线研究表明,缺失nanKETA基因后的菌株生长状态与原菌株基本一致。结论：通过延长与基因组同源的双链核苷酸的长度和诱导筛选基因表达的四环素的浓度可显著提高无痕敲除的效率。     

大肠杆菌甘油激酶基因(glpK)和甘油脱氢酶基因(gldA)的敲除及其对甘油产量的影响

利用Red重组系统构建了大肠杆菌JM109甘油激酶基因(glpK)和甘油脱氢酶基因(gldA)缺失的双突变菌株JM109B,然后将表达酿酒酵母3-磷酸甘油脱氢酶基因(GPD1)和3-磷酸甘油酯酶基因(HOR2)的质粒pSE-gpd1-hor2转化到JM109B突变菌株中,在含1%葡萄糖的摇瓶发酵培养基中37℃发酵24 h,甘油的最高产量为5.61 g/L,是原始菌株JM109/pSE-gpd1-hor2甘油产量的1.59倍;在30 L发酵罐中发酵28 h,甘油的最高产量为103.12 g/L,是原始菌株JM109/pSE-gpd1-hor2甘油产量的1.59倍,是原始菌株BL21/pSE-gpd1-hor2甘油产量的1.41倍,葡萄糖转化率为50.39%。     

ppc基因敲除对大肠杆菌L-色氨酸发酵的影响

目的：减少大肠杆菌L-色氧酸前体物质磷酸烯醇式丙酮酸向草酰乙酸的代谢流,提高其L-色氨酸的产量。方法：以大肠杆菌TRTH0709为出发菌株,利用Red重组敲除技术敲除磷酸烯醇式丙酮酸羧化酶（Ppc）编码基因PPc,并经测序和酶活性检测确证;对出发菌株和基因敲除菌株进行L-色氖酸发酵,对比分析发酵结果。结果：测序和酶活性检测结果表明ppc基因被成功敲除。发酵结果表明,与出发菌株相比,基因敲除菌株TRTH0709△ppc生长速度减慢,最终生物量减少32％,L-色氯酸产量降低27％,但糖酸转化率提高6％;向发酵培养基中添加1％琥珀酸后,TRTH0709△ppc的生长速率和产酸量有所提高,但仍与出发菌株有一定差距。结论：虽然ppc基因敲除对菌体生长和产酸量影响较大,但能有效提高其糖酸转化率;选育Ppc弱化的突变株以达到减弱代谢流且不影响菌体生长,以及增加,L-色氨酸积累的目的,将是本研究今后的主要方向。     

基因敲除提高大肠杆菌工程菌生产异丁醇产量的研究

探究pflB、frdAB、fnr和AdhE四基因缺失突变株对大肠杆菌工程菌发酵生产异丁醇的影响。运用Red重组系统敲除大肠杆菌BW25113的pflB、frdAB、fnr和AdhE基因,构建pflB、frdAB、fnr和AdhE四基因缺失突变株E.coliBW25113H,结合本实验室已经构建的表达质粒pSTV29-alsS-ilvC-ilvD-kdcA,并检测该工程菌在1L发酵罐的发酵过程中的生物量、突变菌株的稳定性、异丁醇产量及有机酸含量的变化情况。成功获得pflB、frdAB、fnr和AdhE四基因缺失突变株BW25113H。发酵结果表明,该工程菌能以较长时间,较高比生长速率保持对数生长期,其稳定性较好,异丁醇产量增加了40%。成功构建pflB、frdAB、fnr和AdhE四基因缺失突变株BW25113H,结合非自身发酵途径使异丁醇的产量由3 g/L提升至4.2 g/L。     

relA基因在重组大肠杆菌Bk21合成嘌呤核苷磷酸化酶作用研究

利用Red同源重组技术敲除大肠杆菌BL21中relA基因,获得ArelA突变株。进一步研究表明在LB复合培养中reIA基因对大肠杆菌的生长几乎没有明显影响,但是对其重组蛋白的合成有着较大的影响：降低了25％。结果表明,relA基因在大肠杆菌表达重组蛋白方面有着较重要的作用。     

3α-羟类固醇脱氢酶基因的质粒载体构建和表达

目的 实现3α-羟类固醇脱氢酶基因在大肠埃希菌中的高可溶性表达.方法 从土壤中分离睾丸酮丛毛单胞菌,提取其基因组DNA,PCR扩增3α-羟类固醇脱氢酶(3α-HSD)基因,将它克隆到原核表达载体上进行诱导表达.提取细菌总蛋白进行SDS-PAGE分析并测定酶活性.结果 经核苷酸序列测定和酶切鉴定结果表明,成功地构建了重组质粒,IPTG诱导表达后,获得融合蛋白,SDS-PAGE初步测定目的蛋白的相对分子量约为29kDa,与预期理论值一致;酶活性测定结果表明菌体可溶性总蛋白HSD酶比活性为142.81 U/mg,是对照BL21的12.97倍.结论 该研究成功地构建了3α-羟类固醇脱氢酶基因高效原核表达系统,为利用基因工程手段大量制备3α-HSD的工作奠定了基础.     

重组人载脂蛋白AI米兰突变体在大肠杆菌中的高表达

用RT-PCR法从人肝总RNA库中克隆出人载脂蛋白Al的cDNA序列,再通过重叠PCR将载脂蛋白AI的第179位精氨酸密码子突变成半胱氨酸密码子,即载胎蛋白AI米兰突变体基因。将此目的基因克隆至表达载体pQE30,重组质粒转化JMl09宿主菌,经表达试验筛选出高表达克隆;工程菌经诱导后表达出含6个氨基酸前肽的载脂蛋白AI米兰突变体。表达产物主要以可溶形式存在,但也有部分为包涵体。     

共表达烟酸转磷酸核糖激酶和丙酮酸羧化酶对大肠杆菌NZN111产丁二酸的影响

构建了共表达烟酸转磷酸核糖激酶(NAPRTase)和丙酮酸羧化酶(PYC)的重组质粒pTrc99a-pncB-pyc,并考察了重组菌E.coli NZN111/pTrc99a-pncB-pyc生产丁二酸的能力。结果表明:重组菌NZN111/pTrc99a-pncB-pyc的NAPRTase和PYC的比酶活达到最高,分别为20.75和1.04 U/mg,同时,辅酶NADH、NAD+及NAD(H)总量达到最高。厌氧摇瓶发酵结果:48 h能够消耗17.5 g/L的葡萄糖生成14.08 g/L的丁二酸,而丙酮酸的产量大幅度降低,仅为0.11 g/L。本研究为基因工程菌大肠杆菌厌氧条件下发酵生产丁二酸提供了一定的基础。     

Temperature gradient-based high-cell density fed-batch fermentation for the production of pyruvate oxidase by recombinant E. coli

Pyruvate oxidase (PyOD) is a very powerful enzyme for clinical diagnostic applications and environmental monitoring. Influences of temperature on cell growth, plasmid stability, and PyOD expression during the PyOD fermentation process by recombinant Escherichia coli were investigated. Based on the influences of temperature on the physiological metabolism, a novel high-cell density fed-batch cultivation with gradient temperature decrease strategy for effective PyOD production was achieved, under which the biomass (OD₆₀₀) of recombinant E. coli could reach to 71 and the highest PyOD activity in broth could reach to 3,307 U/L in 26?hr fermentation.     

大肠埃希菌Mn-SOD基因的克隆、表达及多克隆抗体制备

目的实现Mn-SOD基因在大肠埃希菌中的高可溶性表达,制备Mn-SOD的多克隆抗体。方法用PCR方法从一株野生型大肠埃希菌（E.coli）基因组中扩增Mn-SOD基因编码区．将它克隆到原核表达载体上进行大量表达和纯化,再用纯化的蛋白对新西兰大白兔进行背部多点注射,40d后取其血清,用Western-blot印迹实验测定抗体效果。结果SDS-PAGE分析表明SOD的表达量约为细菌总蛋白的50％;黄嘌呤氧化酶法测定表达蛋白活性,结果表明每毫克菌体可溶性总蛋白中表达产物酶比活为3921．77U／mg,是对照BL21的276．77倍;并制备了高效价的多克隆抗体。结论该研究成功地构建了大肠埃希菌Mn-SOD基因高效原核表达系统,所表达的Mn-SOD具有良好的免疫原性和免疫反应性。     

大肠杆菌半乳糖结合凝集素的提取纯化

采用琼脂糖凝胶CL-6B（Sepharose CL-6B）亲和层析以及Sephadex G-75凝胶分子筛等对大肠杆菌（Esche-richia coli,E.coli）半乳糖凝集素进行了纯化。结果显示,目标蛋白经简单的步骤即可以得到纯化,十二烷基硫酸钠-聚丙烯酰胺凝胶电泳（SDS-PAGE）及凝血实验证明纯化蛋白为E.coli半乳糖凝集素,蛋白提取回收率为11.4%。研究首次从E.coli蛋白提取液中分离得到纯的半乳糖凝集素,且此方法简单快捷,优越性明显。应用此方法将有利于微生物半乳糖凝集素的深入研究。     

Escherichia coli aceE variants coding pyruvate dehydrogenase improve the generation of pyruvate-derived acetoin

Several chromosomally expressed AceE variants were constructed in Escherichia coli ΔldhA ΔpoxB ΔppsA and compared using glucose as the sole carbon source. These variants were examined in shake flask cultures for growth rate, pyruvate accumulation, and acetoin production via heterologous expression of the budA and budB genes from Enterobacter cloacae ssp. dissolvens. The best acetoin-producing strains were subsequently studied in controlled batch culture at the one-liter scale. PDH variant strains attained up to four-fold greater acetoin than the strain expressing the wild-type PDH. In a repeated batch process, the H106V PDH variant strain attained over 43 g/L of pyruvate-derived products, acetoin (38.5 g/L) and 2R,3R-butanediol (5.0 g/L), corresponding to an effective concentration of 59 g/L considering the dilution. The acetoin yield from glucose was 0.29 g/g with a volumetric productivity of 0.9 g/L·h (0.34 g/g and 1.0 g/L·h total products). The results demonstrate a new tool in pathway engineering, the modification of a key metabolic enzyme to improve the formation of a product via a kinetically slow, introduced pathway. Direct modification of the pathway enzyme offers an alternative to promoter engineering in cases where the promoter is involved in a complex regulatory network.     

E.coli木糖异构酶基因的克隆及表达条件的优化

采用PCR技术以大肠杆菌JM109基因组DNA为模板扩增得到木糖异构酶基因xylA,连接到载体pET-22b( ),得到重组质粒pET-22b( )-xylA。将此重组质粒转化到大肠杆菌菌株BL21(DE3)中,重组菌株经IPTG诱导后,通过半胱氨酸-咔唑法测得木糖异构酶活力。每mL发酵液中重组菌株显示出酶活力约为0.84 U。SDS-PAGE电泳结果显示出明显的5×104(相对分子质量)特异性蛋白质条带。