天蓝色链霉菌代谢物组测定方法优化及其代谢特征

链霉菌能够产生多种抗生素,具有重要的研究与应用价值。代谢物组学能够定性和定量测定胞内外主要低分子量代谢产物。相对于其他组学,代谢物组学在监控胞内代谢状态、指导物种理性改造方面具有独特优势。本文旨在建立一种快速、准确的链霉菌胞内代谢物分析方法。以模式菌株天蓝色链霉菌为研究对象,基于GC-MS分析平台优化了代谢物组学样品制备流程中的细胞淬灭时间、菌体分离方法、代谢物提取及代谢物衍生化条件,并利用该方法对天蓝色链霉菌不同生长时期各代谢途径的相对活性进行了初步分析。采用"低温淬灭(–40℃,4 min)-快速过滤分离-反复冻融(45 s/3 min)-衍生化(40℃,90 min)"的流程能够鉴定出中心代谢途径(糖酵解、戊糖磷酸途径和TCA循环)、氨基酸代谢途径、脂肪酸代谢途径、核酸代谢途径及部分次级代谢途径中的103种主要代谢物。利用该流程测定发现天蓝色链霉菌细胞生长周期中存在显著的代谢时序差异,并且发现氨基酸与脂肪酸代谢在衔接初级代谢与次级代谢生物合成中具有重要作用。本研究建立的测定方法能够有效地用于天蓝色链霉胞内代谢物分析,该方法将有助于深入刻画链霉菌细胞代谢过程,为菌株代谢工程改造增加次级代谢产物产量提供理性指导。     

苜蓿中华根瘤菌代谢组学样品制备方法的研究

代谢组样品制备是代谢组学研究的基础。本文以维生素B12生产菌株苜蓿中华根瘤菌Sinorhizobium meliloti 320为研究对象,通过检测细胞损伤、ATP泄漏、代谢物回收效率以及细胞代谢淬灭效率综合评价细胞淬灭方法,同时对5种提取试剂的提取效率进行比较优化胞内代谢物的提取方法。最终获得苜蓿中华根瘤菌S.meliloti 320的胞内代谢组学样品制备较佳条件:即-20℃40%甲醇淬灭细胞,过滤收集淬灭细胞,甲醇/乙腈/水(体积比为2∶2∶2,外加0.1%的甲酸)与50%甲醇相结合提取胞内代谢物。实验结果显示-20℃的40%甲醇(通过过滤收集细胞)对细胞膜的损伤较小,且细胞代谢淬灭效率和回收效率较高;甲醇/乙腈/水(体积比为2∶2∶2,外加0.1%的甲酸)与50%的甲醇对胞内代谢物的提取效率较高且有互补作用。     

聚苹果酸生产菌株出芽短梗霉菌代谢组学样品前处理方法的优化

为了得到更加准确和完整的胞内代谢物信息,从而更加真实的反映微生物胞内代谢情况,基于GC-MS平台,从淬灭剂、提取剂和溶解剂3个方面对代谢组学样品制备过程进行了系统性的优化。对比了不同淬灭剂对胞内代谢物的渗出及细胞损伤情况,结果表明60%甲醇/0.9%Na Cl效果最佳。研究了不同提取剂、溶解剂的提取和溶解效果,结果显示60%甲醇提取效果显著,吡啶溶解效果突出。最终确定了出芽短梗霉菌代谢组样品最适前处理方法 :预冷的60%甲醇/0.9%Na Cl淬灭细胞,液氮研磨和反复冻融破碎细胞,预冷的60%甲醇提取,最后采用吡啶溶解提取物并采用MSTFA 40℃衍生90 min。采用该方法可以检测出300多种代谢组分,包括大量氨基酸、有机酸和糖类物质。本方法可以有效的应用于出芽短梗霉菌代谢组学样品的研究。     

应用于二维电泳细胞蛋白质样品提取的复合蛋白酶抑制剂的优化

阿维链霉菌在复合培养基中生长时合成大量蛋白酶以满足菌体分解有机氮源进行生长代谢的需要。而大量蛋白酶的存在对二维电泳的蛋白质组分析细胞蛋白质样品的提取带来了很大的困难。根据阿维链霉菌胞内蛋白酶的组成,以EDTA、PMSF、Bestatin、Pepstatin和E-64等5种蛋白酶抑制剂为基础,通过单因子实验和正交实验优化得到了高效的蛋白酶抑制剂复合配方。验证实验表明,该复合蛋白酶抑制剂在阿维链霉菌细胞蛋白质样品提取中,具有良好的蛋白酶活性抑制效果。     

一株罗布泊盐湖链霉菌的鉴定及其代谢产物对酪氨酸酶活性、黑色素生成的抑制效应CSCD

本研究采用多相分类法对一株分离自新疆罗布泊盐湖链霉菌89-2-2进行鉴定,通过CCK-8法、L-多巴氧化法和NaOH溶解法检测该菌株乙酸乙酯提取物对小鼠黑色素瘤B16细胞增殖、细胞内酪氨酸酶活性及黑色素含量的影响。以抑制酪氨酸酶活性为指标,应用LC-MS代谢组学方法检测链霉菌89-2-2发酵条件优化前后所产生的差异代谢物,分析可能具有抑制活性的代谢产物类型。结果初步鉴定该菌株为西唐氏链霉菌(Streptomyces setonii)89-2-2。S.setonii 89-2-2乙酸乙酯提取物在100~1000μg/mL浓度范围内几乎无细胞毒性,但能有效抑制B16细胞内酪氨酸酶活性和黑色素生成,与空白组相比均具有显著性差异(P<0.05)。代谢组学实验的结果显示S.setonii 89-2-2产生的差异代谢物主要为维生素类化合物、芳香类化合物和羧酸类化合物。本研究为从新疆罗布泊链霉菌中开发酪氨酸酶抑制剂和黑色素合成抑制剂提供重要的科学依据。     

高山被孢霉淬灭方法及胞内代谢产物的气相色谱-质谱分析比较

在花生四烯酸生产菌高山被孢霉代谢组学研究中,需利用胞内代谢物的提取手段并基于气相色谱-质谱（GC-MS）分析方法对其进行检测。比较了3种胞内代谢物提取方法及不同色谱柱条件下GC-MS分析结果。研究表明：采用冷甲醇淬灭分别较液氮直接淬灭及真空过滤后,减少了胞内代谢物的泄露并更好地实现了胞外及胞内代谢物的分离。在对代谢物分析的比较中,极性色谱柱（DB-FFAP）检出的代谢物仅为11种,主要为有机酸、醛类;而代谢物经衍生化后采用非极性色谱柱（DB-5）共检出32种化合物,主要为糖、糖苷及醇类。     

阿维链霉菌的诱变育种

以阿维链霉菌(Streptomyces avermitilis)76-12为出发菌株,采用亚硝基胍、吖啶橙、紫外线和氯化锂分别对其孢子和原生质体进行诱变,经抗代谢物理性筛选,获得一系列高产突变株,其中N-1-2高产突变株的发酵单位是出发菌株的2.47倍。实验中同时获得了只产阿维菌素a组分的突变株G-32、Bla组分含量高的Ave8菌株和产蓝绿色孢子的突变株UA-G等。     

阿维链霉菌NRRL8165中bldAa的克隆及其对形态分化与阿维菌素合成的影响

bldA编码天蓝色链霉菌中唯一有效识别UUA亮氨酸密码的tRNA(Leu)UUA。通过构建阿维链霉菌NRRL8165基因组亚文库,筛选得到含有阿维链霉菌bldAa及其侧翼序列的克隆。利用λRED介导的PCRtargeting技术构建了bldAa的基因置换质粒pHL358,将其跨属接合转移进入阿维链霉菌NRRL8165,筛选得到bldAa基因置换菌株TW10。TW10表现为光秃表型,表明bldAa调控阿维链霉菌的形态分化。摇瓶发酵TW10菌株并对发酵产物进行HPLC分析,发现TW10菌株均不合成阿维菌素组分,提示阿维菌素的合成受bldAa调控;考察阿维菌素生物合成基因簇,其中aveA3和aveR含有TTA密码,它们的翻译可能受bldAa调控,与实验结果一致。     

基于比较代谢组学的理性优化方法提高阿维菌素产量

【目的】利用比较代谢组学的分析方法,研究不同发酵培养基中阿维链霉菌的胞内代谢差异,揭示合成阿维菌素的关键代谢物和代谢途径,再通过理性优化添加主要关键代谢物,提高阿维菌素产量。【方法】对M1和M2培养基中生长的菌体进行基于GC-MS的胞内代谢组学分析,通过理性添加强化前体代谢物,确定阿维菌素高产培养基。【结果】GC-MS共检测到232种物质,能够精确匹配70种胞内代谢物,通过PCA和PLS分析,最终确定了21种已知的胞内代谢物与阿维菌素的生物合成密切相关。其中乳酸、丙酮酸、琥珀酸、苏氨酸、异亮氨酸、缬氨酸和油脂类物质对阿维菌素的产量影响较为显著。通过单独或组合优化添加这些前体,阿维菌素的产量从5.36 g/L提高到了5.92 g/L,增加了10.4%。【结论】基于比较代谢组学分析的理性优化培养基的方法可有效提高阿维菌素的产量,并为提高当下生物基产品的产量提供了新思路。     

阿维链霉菌QL0827接合转移体系的建立

目的:建立工业生产菌株阿维链霉菌QL0827的接合转移体系。方法:优化接合转移条件,建立该菌株的接合转移体系;应用优化后的接合转移体系,将基因中断质粒导入该菌,定向敲除基因组上的序列;再将携带基因组上特定序列的整合型质粒和复制型质粒导入该菌体,建立该菌株的基因过表达体系。结果:相比标准的接合转移方法,优化后接合转移效率提高了近150倍,达到2.45×10-6;并成功地将pks3基因簇的部分序列删除。结论:建立了阿维链霉菌QL0827的接合转移体系。