小白链霉菌ε-聚赖氨酸降解酶生理功能分析

[目的] 研究小白链霉菌（Streptomyces albulus）中ε-聚赖氨酸降解酶（Pld）的分布特征和生理功能。[方法] 利用生物信息学手段对已报道的ε-聚赖氨酸（ε-PL）产生菌的Pld进行挖掘和分析,再通过遗传学方法对小白链霉菌M-Z18基因组中存在的两种pld进行敲除、回补和过表达,最后研究重组菌降解ε-PL能力、最小ε-PL抑制浓度（MIC）及其合成ε-PL情况。[结果] PldⅠ和PldⅡ广泛且同时分布于小白链霉菌中,蛋白序列高度保守;PldⅠ、PldⅡ在小白链霉菌M-Z18中均能行使降解ε-PL的功能,但PldⅡ降解活性占主导地位且PldⅠ和PldⅡ对降解ε-PL具有协同作用;pldⅠ、pldⅡ过表达重组菌对ε-PL的MIC值显著提高,其中双过表达pldⅠ和pldⅡ菌株对ε-PL的MIC值是出发菌株的2.19倍。构建的pld重组菌与出发菌株相比,在考察pH值范围内（pH 3.0-5.5）的ε-PL产量未表现出显著差异。[结论] 小白链霉菌中广泛分布PldⅠ和PldⅡ且序列高度保守,主要生理功能是保护小白链霉菌在中性环境中免受自身产物ε-PL的抑制。     

一株ε-多聚赖氨酸产生菌的筛选与鉴定

【目的】筛选和鉴定产ε-多聚赖氨酸(ε-polylysine,ε-PL)的放线菌菌株,测定所产ε-PL的结构和聚合度,研究其抑制微生物生长的效果。【方法】利用亚甲基蓝和ε-PL因静电排斥而形成透明圈原理筛选ε-PL产生菌,采用Itzhaki方法复筛。考察分离菌株的形态、生理生化特征和16SrRNA基因、gyrB基因序列的同源性鉴定菌种。结合其波谱特征对其所产ε-PL进行结构和聚合度鉴定。采用抑菌圈法考察所产ε-PL对7株指示菌的抑菌活性。【结果】获得3株能够产生ε-PL的放线菌,其中X-18的ε-PL产量最高,达到0.8g/L,综合形态、生理和分子生物学分析结果,鉴定为白色链霉菌(Streptomyces albulus)。根据波谱学特征,并与标准品比对,证实该ε-PL分子聚合度为25–30,抑菌实验结果显示,它对细菌的抑菌效果明显好于真菌。【结论】从土壤中分离到1株抑菌效果较好的ε-PL产生菌S. albulus X-18,丰富了ε-PL产生菌资源。     

ε-聚赖氨酸产生菌TUST-2的分离鉴定

【目的】ε-聚赖氨酸是一种天然氨基酸同聚物,本研究目的为分离筛选新的ε-聚赖氨酸产生菌。【方法】采用一种新的分离方法从土壤中分离ε-PL产生菌。分离方法含3步:(1)富集培养ε-PL耐受菌;(2)通过改进的Nishikawa方法筛选;(3)挑选高浓度ε-PL耐受菌株。【结果】从海南省土样中分离获得ε-聚赖氨酸产生菌TUST-2。分类和形态特征属链霉菌属。16S rDNA序列分析比对结果表明TUST-2属淀粉酶产色链霉菌(Streptomyces diastatochromogenes)。经特征反应分析、水解物分析、红外光谱、1H NMR、13C NMR和MALDI-TOF-MS分析表明TUST-2发酵产物为ε-聚赖氨酸。【结论】根据16S rRNA基因序列比对和形态及生理生化特征表明ε-聚赖氨酸产生菌TUST-2属于淀粉酶产色链霉菌,命名为淀粉酶产色链霉菌TUST-2。     

链霉菌ε-聚赖氨酸发酵过程中的氧化胁迫效应

【目的】探究ε-聚赖氨酸(ε-PL)产生菌对p H和ε-PL的耐受性、氧化胁迫与ε-PL合成之间的关系。【方法】选取3株ε-PL产生菌Streptomyces sp.AF3-44、Streptomyces sp.AS32和Streptomyces albulus F15,比较其在发酵性能、p H和ε-PL耐受性以及抗氧化胁迫能力上的差异,并对菌株发酵过程的活性氧成因进行分析。【结果】在3株菌中AF3-44具有最强的p H和ε-PL耐受性及抗氧化胁迫能力,因而在发酵后期能够保持良好的细胞活性和最高的ε-PL浓度;ε-PL引起的氧化胁迫主要发生在发酵前期,而发酵中后期氧化胁迫的产生主要由酸性p H导致。【结论】提高链霉菌ε-PL发酵过程中的抗氧化胁迫能力,可提升菌体活力和发酵水平。     

链霉菌Streptomyces sp. M-Z18转化前体L-赖氨酸合成ε-聚赖氨酸的研究

目的:考察不同细胞培养方式对Streptomyces sp. M-Z18转化前体L-赖氨酸合成ε-聚赖氨酸过程的影响。方法:利用两阶段细胞培养和发酵过程流加方式,建立了两阶段细胞培养转化前体L-赖氨酸合成ε-聚赖氨酸以及转化前体L-赖氨酸耦合甘油发酵生产ε-聚赖氨酸的策略。结果:(1)两阶段细胞培养转化前体L-赖氨酸合成ε-聚赖氨酸策略实现ε-PL积累15 g/L, 转化L-赖氨酸3 g/L;(2)转化前体L-赖氨酸耦合甘油发酵生产ε-聚赖氨酸策略使得ε-PL产量达到33.76 g/L,单位菌体的合成能力提高37.8%,转化L-赖氨酸4 g/L。这表明,上述两种方式下前体L-赖氨酸都能够被Streptomyces sp. M-Z18转化合成ε-聚赖氨酸,但转化效率还有待进一步提高。意义:揭示了Streptomyces sp. M-Z18合成ε-聚赖氨酸的限速步骤在于初级代谢产物L-赖氨酸的合成,这为后续利用代谢工程手段改造菌株提供了方向。     

Genome shuffling筛选ε-聚赖氨酸高产菌及其对代谢流量分配的影响

【目的】从代谢流量分配的角度,探讨Genome shuffling导致链霉菌ε-聚赖氨酸合成量提升的原因。【方法】从葡萄糖耐受型的亲本菌株Streptomyces sp.AS32和ε-聚赖氨酸耐受型的亲本菌株Streptomyces albulus F15出发,进行三轮Genome shuffling,筛选得到ε-聚赖氨酸产量提高的链霉菌株Streptomyces sp.AF3-44,采用通量分析方法构建链霉菌ε-聚赖氨酸合成代谢网络,并对上述3株菌的代谢通量进行比较。【结果】AF3-44的ε-聚赖氨酸摇瓶产量为3.1 g/L,较AS32和F15分别提高了34%和29%。3株菌株中AS32三羧酸循环(TCA)的代谢通量最高;F15磷酸戊糖途径(PPP)代谢通量最高;AF3-44流向赖氨酸合成前体天冬氨酸以及ε-聚赖氨酸的通量最高,TCA和PPP通量位于两亲本菌株的中间水平,其中TCA中流向异柠檬酸的通量分别为AS32和F15的77%和116%,PPP中流向5-磷酸核酮糖的通量分别为AS32和F15的149%和92%。【结论】Genome shuffling导致了代谢流的重新分布,流向前体赖氨酸和ε-聚赖氨酸通量的增加,以及PPP和TCA通量配比的改变是链霉菌ε-聚赖氨酸合成量增加的重要因素。     

噬菌体裂解酶Lysin1902原核表达及其与ε-聚赖氨酸联用效果评价北大核心

【目的】研究裂解酶Lysin1902与ε-聚赖氨酸(ε-PL)对大肠杆菌O157:H7的协同抗菌作用。【方法】通过Mega构建进化树、使用在线工具等分析大肠杆菌噬菌体裂解酶Lysin1902氨基酸序列组成和结构等;原核表达并纯化Lysin1902;通过平板裂解实验检测Lysin1902对大肠杆菌O157:H7灭活菌株的裂解活性;用96孔板法检测Lysin1902或ε-PL的活菌裂解能力;棋盘法验证Lysin1902和ε-PL联用效果。【结果】体外成功表达并纯化了Lysin1902。Lysin1902对大肠杆菌O157:H7灭活菌株具有裂解活性,但不能有效裂解活的大肠杆菌。噬菌体裂解酶与ε-PL联用结果表明,加入Lysin1902后,ε-PL能够完全控制大肠杆菌O157:H7增殖的使用浓度由0.7mg/mL降低到0.1 mg/mL。【结论】体外原核表达并纯化Lysin1902,其单独使用对活的大肠杆菌O157:H7无裂解活性,但与ε-PL联用可显著提高ε-PL对大肠杆菌O157:H7的裂解能力。     

ε-聚赖氨酸产生菌新菌株的筛选和产物结构鉴定

通过对Nishikawa的方法进行改进,在广东各地土样中筛选到一株产量为0.846 g/L的新ε-聚赖氨酸(ε-PL)产生菌株,命名为Str-8。对Str-8菌株进行形态、生理生化和16S rDNA分析,初步确定为不吸水链霉菌Streptomyces ahygroscopic。纯化的发酵产物通过水解、质谱、紫外光谱等性质确定为ε-PL。     

ε-聚赖氨酸抑菌性能的研究进展

ε-聚赖氨酸(ε-poly-L-lysine,ε-PL)是抑菌谱广泛的天然抑菌剂,由通过α-羧基与ε-氨基连接的25–35个赖氨酸聚合而成。ε-PL主要由白色链霉菌发酵生产所得,比化学生产更加高效和环保。ε-PL具有水溶性好、耐热和对环境无污染等特点,具有良好的应用前景。本文从发酵生产入手,着重综述了ε-PL对各种微生物抑菌性能、抑菌机制及抑菌机制模型的研究进展。推测ε-PL是通过对细胞膜的破坏而改变细胞的通透性,或者作用到细胞内引起活性氧(reactive oxygen species, ROS)胁迫而影响调节基因的表达,从而起到抑菌作用。根据这2种抑菌方式分别建立了相应的抑菌模型,即毡毯模型和ROS诱导细胞凋亡模型。本文可为ε-PL对微生物抑制性能的深入研究提供依据,同时也提出了ε-PL抑菌机制的新模型,为扩展ε-PL应用领域提供了一定的参考。     

牛粪中纤维素降解菌的分离鉴定及其产酶研究

采用仅含有羧甲基纤维素钠为碳源培养基从牛粪样品中分离纯化具有较强纤维素降解能力的菌株,通过生理生化特征研究、形态学和16S r DNA生物学手段对其分类鉴定,并对该菌株的产酶条件进行了初步研究。结果表明,从牛粪样品中筛选到一株降解纤维素能力较强的菌株NF38,分类鉴定结果显示,菌株NF38与浅紫链霉菌(Streptomyces violascens)最接近,初步将其鉴定为浅紫链霉菌(Streptomyces violascens);产酶性质研究表明,该菌株产纤维素酶活性在温度范围为30~40℃相对较高(最适温度35℃),p H范围7.0~8.0(最适p H7.0),接种量范围5%~10%(最佳接种量5%),发酵时间在第7 d达到产酶高峰。菌株NF38在降解畜禽粪便方面具有一定的开发与应用潜力。     

核糖体工程技术选育ε-聚赖氨酸高产菌株

【目的】利用核糖体工程技术选育Streptomyces albulus AS3-14的链霉素和利福平双重抗性突变株,以提高其ε-聚赖氨酸合成能力。【方法】通过链霉素抗性筛选,获得链霉素抗性的ε-聚赖氨酸产量提高突变株;在此基础上,继续筛选其利福平抗性突变株,实现链霉素和利福平双重抗性ε-聚赖氨酸高产菌选育。【结果】获得的双重抗性高产突变株Streptomyces albulus WG-608的ε-聚赖氨酸摇瓶产量达到3.7 g/L,5 L发酵罐补料分批发酵ε-聚赖氨酸产量达到53.0 g/L,较出发菌株分别提高了42.3%和32.5%。【结论】链霉素和利福平双重抗性选育能够显著提高ε-聚赖氨酸产生菌Streptomyces albulus的产物合成能力。     

ε-聚赖氨酸高产菌选育与发酵性能评价

【目的】选育ε-聚赖氨酸(ε-PL)高产菌,并探究不同碳源对其发酵性能的影响。【方法】借助基因组重排和核糖体工程两种育种手段强化ε-PL产生菌的合成能力,并利用p H冲击工艺评价不同碳源对ε-PL发酵的影响。【结果】经过4轮基因组重排和4轮核糖体工程连续选育,获得1株高产突变株Streptomyces albulus GS114,其摇瓶ε-PL产量达到3.0 g/L,较出发菌提高了1.7倍。该改造菌株在5 L发酵罐中分别以葡萄糖和甘油为碳源进行192 h的补料-分批发酵时,ε-PL发酵产量分别达到了43.4 g/L和45.7 g/L,较出发菌提高了11.0%和14.9%,而菌体量分别减少了24.0%和33.2%,ε-PL得率提高了34.2%和30.7%。【结论】基因组重排结合核糖体工程育种是一种有效的ε-PL高产菌选育手段,研究结果将为ε-PL高产菌改造和工业生产碳源选择提供直接指导。     

对羟基扁桃酸合酶基因的克隆表达及催化特性

【目的】比较两种不同来源基因重组的对羟基扁桃酸合酶(HmaS),考察其在大肠杆菌中的表达效率。【方法】分别对东方拟无枝酸菌(Amycolatopsis orientalis)和天蓝色链霉菌(Streptomyces coelicolor)来源的hmas进行异源表达,经离子交换层析和凝胶过滤色谱分离纯化获得HmaS,并检测HmaS的酶活和催化特性。【结果】来源于S.coelicolor的HmaSSC2比酶活是来源于A.orientalis的3.6倍;来源于A.orientalis的HmaSAO最适反应温度为28°C,在弱碱性条件下的酶活稳定性较好;来源于S.coelicolor的HmaSSC2最适反应温度为35°C,在28-45°C内保持较高的酶活,具有良好耐热性,在pH 7.0左右酶活最高,更易在偏中性的条件下发挥功能。【结论】HmaSSC2更适用于代谢工程改造大肠杆菌发酵法生产扁桃酸。     

蜡样芽孢杆菌聚乙烯醇脱氢酶的表达及酶学特性

【背景】聚乙烯醇脱氢酶(polyvinyl alcohol dehydrogenase,PVADH)能够使聚乙烯醇(polyvinyl alcohol,PVA)氧化脱氢,在PVA的生物降解过程中起到重要作用。【目的】从PVA降解菌株蜡样芽孢杆菌DG01中获取pvadh基因,实现PVADH在毕赤酵母中的异源表达并探究其对不同型号PVA的降解特异性,为PVADH在PVA实际降解中的应用提供指导。【方法】通过反转录扩增技术获得长度为1 965 bp的pvadh基因片段,构建pPIC9K-cpvadh重组表达质粒并在毕赤酵母GS115中实现异源表达,甲醇诱导表达蛋白,进行分离纯化后对其酶学性质及降解特异性进行研究。【结果】最佳发酵条件下PVADH粗酶液酶活达到54.55 U/mL。经分离纯化后表达蛋白PVADH的比酶活为173.42 U/mg,分子量为67.1 kDa,等电点为6.06,该酶最适作用温度为41℃,最适作用pH值为7.5,在27-32℃、pH 7.0-8.0条件下酶的半衰期超过4 h,1 mmol/L的Ca2+对酶活力有激活作用。PVADH分别作用于PVA1788、PVA1799...     

ε-聚赖氨酸发酵过程污染微生物的分离与鉴定

【目的】研究ε-聚赖氨酸发酵过程中污染微生物的种类。【方法】采用稀释涂布法、划线法、环境胁迫法和液体营养富集法等对污染样本进行微生物的分离与纯化,通过菌落形态和显微观察,再结合16S rRNA基因序列分析,确定分离菌株的系统发育地位,并对分离菌株的ε-聚赖氨酸耐受性进行考察。【结果】液体营养富集法实现了污染微生物的分离,通过16S rRNA基因序列分析鉴定其为一株Acinetobacter bereziniae,并证实该菌能在高浓度ε-聚赖氨酸条件下生长。【结论】Acinetobacter bereziniae是ε-聚赖氨酸发酵过程中的主要污染微生物,这为后期发酵污染防治提供了一定的指导作用。     

ε-聚赖氨酸生物合成研究进展

ε-聚赖氨酸(ε-PL)是一种可食用对人和环境无毒害可生物降解的天然生物材料。本文以聚赖氨酸的研究历史为主线,对ε-PL的合成与降解进行了综述并预测了ε-PL可能的代谢途径,最后展望了我国聚赖氨酸研究的发展前景。     

一株产琼胶酶细菌的分离、鉴定及其琼胶酶基本性质

【目的】分离海洋来源的琼胶酶产生菌,对其进行分类鉴定,并研究其所产琼胶酶的基本酶学性质,为琼胶酶的应用研究及开发利用奠定基础。【方法】通过以琼脂为唯一碳源的选择培养基分离产琼胶酶的菌株;利用16S rRNA基因序列分析、表型和生理生化特征对菌株进行鉴定;通过DNS-还原糖法测定琼胶酶活性;利用显色底物法测定琼胶酶的类型;对菌株所产琼胶酶粗酶的酶学性质进行初步研究。【结果】分离到一株产琼胶酶的菌株NTa,16S rRNA基因序列分析显示该菌株属于寡养单胞菌属(Stenotrophomonas sp.);该菌株主要产胞外琼胶酶,可分泌α-琼胶酶和β-琼胶酶;琼胶酶粗酶的最适反应温度和pH分别为40℃和7.0,并且琼胶酶在温度低于30℃,pH为7.0-9.0时稳定;Ca2+对琼胶酶粗酶具有促进作用,Ag+、Fe2+、Ba2+、Mn2+、Cu2+、Zn2+和Fe3+均可不同程度地抑制酶的活性;EDTA对琼胶酶粗酶活性具有抑制作用;琼胶酶粗酶对检测的抑制剂、去垢剂及变性剂有较好的抗性。【结论】海洋细菌Stenotrophomonas sp.NTa是一种新型的产琼胶酶菌株,可同时分泌α-琼胶酶和β-琼胶酶,具有潜在开发利用价值。     

ε-聚赖氨酸的微生物合成与降解

ε-聚赖氨酸为一种均聚氨基酸,由单个赖氨酸分子在α-羟基和-ε氨基形成酰胺键而连接成的多聚体,目前主要通过白色链霉菌(Streptomyces albulus)的微生物合成进行生产,具有抑菌谱广、热稳定性好、在酸碱条件下稳定等特点,作者综述了ε-聚赖氨酸微生物合成的方法、可能的生物合成和降解机制等,并简要介绍ε-聚赖氨酸作为食品保鲜剂在食品和生物高分子材料在基因治疗、药物载体、基因芯片、高吸水性材料等方面的应用前景。     

具有双重抗生素抗性的ε-聚赖氨酸高产菌株选育及生理特性

以ε-聚赖氨酸产量为1.60g/L的Streptomyces albulus M-Z18为出发菌株,利用核糖体工程技术选育具有双重抗生素抗性的ε-聚赖氨酸高产菌株,并对高产菌株和出发菌株的生理生化性能进行比较。通过链霉素诱变成功选育出了1株遗传稳定的ε-聚赖氨酸产生菌S.albulus S-7,ε-聚赖氨酸产量为2.03g/L;对S.albulus S-7叠加巴龙霉素,获得1株遗传稳定的具有双重抗性的ε-聚赖氨酸产生菌S.albulus SP-14,ε-聚赖氨酸产量为2.37g/L,比出发菌株S.albulus M-Z18的ε-聚赖氨酸产量增加了48.10%。使用链霉素和巴龙霉素选育具有双重抗生素抗性的ε-聚赖氨酸高产菌株是一种有效的手段。     

北极海洋链霉菌604F的卤化酶基因克隆及特征

【目的】本研究旨在克隆来自北极海洋、具有合成卤化物潜力的链霉菌(Streptomyces sp.)604F中的一个卤化酶基因,为后续克隆卤化物合成基因簇、分离鉴定卤化物提供指导。【方法】利用琼脂块法初步测试抗菌活性,借助液相色谱-飞行时间串联质谱技术(LC-Tof MS)初步寻找Streptomyces sp.604F发酵粗提液中的卤化物,并以简并PCR扩增合成次级代谢产物的指示基因(I型、II型聚酮合酶及非核糖体多肽合成酶编码基因);根据依赖黄素腺嘌呤二核苷酸的卤化酶基因保守区设计的简并引物,扩增基因片段并测序分析;采用高效热不对称交错PCR(hiTAIL-PCR)技术扩增卤化酶基因全长。【结果】Streptomyces sp.604F具有较强的抗白色念珠菌活性,其基因组同时含有编码I型聚酮合酶、II型聚酮合酶和非核糖体多肽合成酶基因,以及卤化酶基因;通过染色体步移克隆该卤化酶基因全长,共1443 bp,编码一个新的非色氨酸卤化酶,在合成已知卤化物的卤化酶数据库中,与其同源关系最近的为一类参与合成糖肽类次级代谢产物的卤化酶。【结论】Streptomyces sp.604F具有新的非色氨酸卤化酶,且推测参与糖肽类化合物的卤化修饰,为后续寻找目的卤化物提供了指导,也为研究该合成基因簇奠定基础。