新金色分枝杆菌ksdD基因的敲除及其对菌株AD(D)合成的影响

新金色分枝杆菌(Mycobacterium neoaurum)能将植物甾醇转化为药物中间体4-烯-雄甾-3,17-二酮(AD)和1,4-二烯-雄甾-3,17-二酮(ADD),其中3-甾酮-△1-脱氢酶(KSDD)是AD转化为ADD的关键酶.本实验室在筛菌过程中筛选到一株能将甾醇转化为AD(D)的菌株,经鉴定为M.neo...     

高效液相色谱-质谱联用法分析微生物降解植物甾醇为雄甾烯酮

采用高效液相色谱-质谱联用法(HPLC/MS)分析测定植物甾醇侧链降解过程中产物雄甾-1,4-二烯-3,17-二酮(ADD)及雄甾4-烯-3,17-二酮(AD).其中液相色谱的条件为色谱柱Alltima C18ODS-2(5μm,250 mm×4.6 mm);流动相甲醇:水(V/V=7:3);流速1 mL/min;柱温室温;紫外检测器的检测波长244 nm.质谱为ZMD Micromass电喷雾质谱仪.结果测得ADD与AD标准样品的保留时间分别为9.70 min与11.13 min,发酵样品的HPLC与MS图谱与ADD与AD标准样品的图谱一致.采用高效液相色谱法定量ADD与AD的线性范围在0.01 mg/mL～0.09 mg/mL,产物回收率分别为102.6%与105.90%,日内精密度分别为3.02%与3.08%,日间RSD分别为3.50%与3.24%.该方法灵敏度高、选择性好、操作简便、定量准确,适用植物甾醇微生物侧链降解过程中产物的分析及产品质量控制.     

一株高效转化Phytosterol为雄甾烯酮菌株的筛选与鉴定

从保藏的200多株菌中筛选出1株高效转化植物甾醇为4-烯-雄甾-3,17-二酮和1,4-二烯-雄甾-3,17-二酮的菌株,并对该菌进行了形态、生理生化的研究。结果发现菌株ST06可以利用多种碳源,可以水解淀粉,但不利用纤微素。用16SrDNA的方法对其进行鉴定,发现与Bacillus属Bacillus amyloiquefaciens的相似性最高,达到99．9％,将该菌株命名为Bacillus amyloiquefaciens ST06。该菌在培养温度30℃,pH7．0,转速220r／min,转化时间7d,底物添加量为0．3％时,ADD与AD的总得率高达40％以上,此时底物转化率高达93．7％。     

雄甾-4-烯-3,17-二酮(4-AD)转化菌种的筛选及鉴定

从土壤中筛选能将植物甾醇转化为雄甾-4-烯-3,17-二酮(4-AD)的菌种。采用富集培养基富集能降解植物甾醇的菌种、采用摇瓶进行发酵、采用薄层层析的方法对发酵产物进行检测、采用高效液相方法测定发酵液中4-AD的含量、采用PCR方法扩增菌种的16S rDNA序列。筛选出了一株转化能力最强的菌株,命名为:3-12。将这株菌的16S rDNA序列与GeneBank中收载的序列进行比对,3-12号菌株为分支杆菌。     

Mycobacterium sp．高效转化植物甾醇为雄甾-1，4-二烯-3，17-二酮的诱变选育

采用紫外线、亚硝基胍复合诱变雄甾-4-烯-3,17-二酮（AD）和雄甾-1,4-二烯-3,17-二酮（ADD）的转化产生菌Mycobacterium sp．,结合平板筛选,获得一株遗传性状稳定单产ADD的突变菌株Mycobacterium sp．-11,其ADD质量浓度达到1246ms／L,比原始菌株（484mg／L）提高了150％,经初步优化后发酵液中ADD最高达到1430mg／L,发酵液中ADD质量占ADD、AD两产物质量总和的比例由70％提高到99．1％。     

微生物降解甾醇侧链转化雄甾-4-烯-3,17-二酮的研究进展

甾体激素类药物是临床上不可缺少的一类重要药物。雄甾-4-烯-3,17-二酮是甾体激素类药物不可替代的中间体,对机体起着非常重要的调节作用。可以说几乎所有甾体激素类药物都是以其作为起始原料进行生产的。近年来研究表明,通过微生物转化技术,将甾醇边链选择性切除,可得到甾体药物的这一关键中间体.综述了该项技术近期的研究进展,指出该领域工业化生产尚待解决的问题。     

简单节杆菌3-甾酮-△1 -脱氢酶基因的克隆表达及定点突变研究

目的:将来源于简单节杆菌的3-甾酮-△~1-脱氢酶(3-ketosteroid-Delta(1)-dehydrogenase,KSDD)在大肠杆菌中进行表达,获得具有活性的脱氢酶;利用计算机预测KSDD的三级结构,并通过定点突变确定酶的关键位点以期优化脱氢酶的活性及性质。方法:克隆简单节杆菌编码KSDD的基因ksdd构建原核表达载体,以Escherichia coli BL21(DE3)为表达宿主构建重组菌并诱导表达,HPLC法检测重组酶催化4-AD脱氢的转化率;通过SWISS-MODEL同源建模分析KSDD结构,对预测的催化关键位点氨基酸残基进行定点突变并研究突变后重组酶的活性变化。结果:成功构建了表达脱氢酶KSDD的重组菌E.coli pET-22-ksdd,21℃下诱导表达后,重组酶对4-AD的转化率为27%;通过SWISS-MODEL同源建模预测出脱氢酶结构并对4个关键位点进行定点突变设计,获得突变子Y120R、Y320L、Y488F和G492Y。突变子Y120R和Y488F失活,证明其为酶的活性位点;突变子Y320L的转化率与野生型基本一致,但37℃反应条件下稳定性有所提高;突变子G492Y对4-AD的转化率是野生型的1.2倍,37℃条件下稳定性有所提高,是突变后氨基酸位点疏水性增加和周围静电作用改变所导致。结论:目前对简单节杆菌3-甾酮-△~1-脱氢酶结构分析及催化机理相关的研究较少,本研究验证了KSDD的活性位点,优化了酶的稳定性,为进一步对酶的性质进行定向改造打下了基础。     

分枝杆菌HGMS2中类固醇C20-羟基脱氢酶的鉴定

分枝杆菌常被用作甾体药物中间体生产菌种,然而当前人们对其具体的甾醇降解机制仍然不是很清楚。为了获得C20-羟基甾药中间体,文章直接以RS为底物进行了转化,并通过对转化产物进行TLC、HPLC、LS-MS和核磁分析,初步确定分枝杆菌中存在类固醇C20-羟基脱氢酶（1DHC）参与的代谢途径。同时,基于生物信息学和结构生物学,通过序列和结构比对分析,最终从分枝杆菌中鉴定出了一个与类固醇C20-羟基脱氢酶同源性很高的基因。将该基因在大肠杆菌中异源表达,并对其功能活性进行分析,证明该基因所编码的酶和类固醇C20-羟基脱氢酶具有相同的功能活性。文章首次从分枝杆菌中鉴定出一种类固醇C20-羟基脱氢酶,使研究者对分枝杆菌甾醇代谢机制有了更深入的理解,同时也为新型甾药中间体的制备以及分枝杆菌的改造奠定了理论基础。     

一株分枝杆菌降解胆固醇制备AD(D)的转化条件

通过分枝杆菌(Mycobacteriumsp.)M3限制性降解胆固醇侧链获得了产物雄甾-4-烯-3,17-二酮(AD)和雄甾-1,4-二烯-3,17-二酮(ADD)。优化了胆固醇的投料时间、投料方式、培养基初始pH和葡萄糖浓度等工艺参数。将羟丙基-β-环糊精(HP-β-CD)应用于转化反应中,确定了HP-β-CD的最佳添加时间和添加量,使AD(D)生成率由初始对照的30%提高到60%,转化至72 h时AD(D)生成率达48%,是同期对照的4.0倍,生成率与生成速率均得到显著提高。在添加HP-β-CD的最佳转化条件下,AD(D)生成率达到70%,是初始对照的2.3倍。     

重组肺炎克雷伯氏菌转化甘油为聚3-羟基丙酸

聚3-羟基丙酸[Poly(3-hydroxypropionate),P3HP]是一种生物可降解及生物相容的新型聚羟基脂肪酸酯。目前已鉴定的生物均不能天然合成P3HP。采用PCR克隆鼠伤寒沙门氏菌的丙醛脱氢酶(Pdu P)基因及罗尔斯通氏菌的聚羟基脂肪酸酯合成酶(Pha C)基因,构建共表达载体,转化肺炎克雷伯氏菌后获得两株重组菌。以甘油为唯一碳源进行摇瓶发酵,pdu P和pha C共用tac启动子的工程菌K.p(p ET-tac-pdu P-pha C)产生0.054 g/L的P3HP,而pdu P和pha C各自独用tac启动子的工程菌K.p(p ET-tac-pdu P-tac-pha C)产生0.091 g/L的P3HP。     

Gibberella intermedia C2转化4-雄甾烯-3、17-二酮的研究

甾体化合物具有独特的生理活性,已被广泛应用于抗炎、利尿、免疫、避孕及抗癌等领域。近些年,生物催化与转化在甾体药物中间体合成中发挥的作用日益强大。为了能够合成一些具有潜在价值的新型甾体化合物,以实验室菌种库中保藏的一株Gibberella intermedia C2为研究对象,选取了雄甾烷中一种有广泛用途的化合物4-雄甾烯-3、17-二酮(简称雄烯二酮,AD)为底物进行生物转化。转化液经提取分离,最终获得2个转化产物,经结构鉴定分别为15α-OH-AD和11α,15α-diOH-AD。转化机制研究发现,G.intermedia C2先将底物的15位羟基化生成15α-OHAD,再将其11位羟基化形成双羟基产物。赤霉菌能够特异性、有序地完成对AD的两步羟化反应。此外,通过工艺优化,确定了羟化4AD反应的最适工艺参数如下:发酵培养基的初始pH 6.5,装液量30ml/250ml,底物浓度6.0g/L,转化温度28℃,摇床转速220r/min,转化周期为84h。此时,底物AD的摩尔转化率达到81.5%。     

用重组大肠杆菌JM109(pKST11)转化苯生产顺-1,2-二羟基-3,5-环己二烯

顺-1,2-二羟基-3,5-环己二烯（简称DHCD）是航天业、电子工业、医药业以及精细化工业上重要的手性化合物。利用重组E. coli JM109 (pKST11),采用适时监测发酵过程中全细胞甲苯双加氧酶（Toluene dioxygenase,TDO）活性的方法,研究了发酵生产DHCD工艺中的重要影响因子IPTG以及底物苯的供给方式对DHCD产量的影响。研究结果表明：（1）发酵初期利用IPTG诱导TDO的表达,不利于细胞生长,在对数生长中期（6或8h）,采用0.5mmol/L IPTG即可诱导出TDO的最高表达。（2）发酵液中的苯对全细胞甲苯双加氧酶(TDO)的活性有抑制作用,而利用液体石蜡作为缓释剂进行两相法发酵则降低了苯的毒害,明显提高了DHCD的产量。当采用传统的通气供苯方法,DHCD的产量仅有75 g/L;批式添加液体石蜡与苯的混溶物使DHCD的产量提高到226 g/L,是通气供苯法的3倍;而采用流加的方式添加液体石蜡与苯的混溶物使DHCD的产量进一步提高到368 g/L,是通气供苯法的5倍。证明通过发酵工艺的优化可以解决苯的毒害与苯作为反应底物在水相中需要有一定浓度之间的矛盾,获得较好的转化结果。     

一株高效氧化胆固醇的简单节杆菌构建与转化条件优化

为实现胆固醇的高效生物氧化,利用基因工程手段将编码简单节杆菌胆固醇氧化酶的DNA片段克隆到质粒pTY2中,构建pTY2-5332插入表达载体。该载体以简单节杆菌基因组中的16S rDNA位点为整合点,提高了胆固醇氧化酶在基因组中的拷贝数,实现了简单节杆菌胆固醇氧化酶的过表达。重组菌的生长实验分析表明,插入到16S rDNA位点的胆固醇氧化酶没有影响简单节杆菌的生长。重组菌可在20h将2g/L的胆固醇完全转化为4-胆甾烯-3酮,比原始菌的转化时间缩短了4h,提高了胆固醇的转化效率。经过转化条件优化确定了该重组菌以2%的接种量后继续培养16h,然后胆固醇经120目过筛后投料量为2g/L,并添加2%（体积比）二甲基甲酰胺作为促溶剂;胆固醇添加18h后可完全转化为4-胆甾烯-3-酮,是优化前的1.11倍。     

微生物转化雄甾-4-烯-3，17-双酮的菌种筛选和转化条件的初步研究

雄甾-4-烯-3,17-双酮(简称4AD)是甾体药物的重要中间产物,其11α羟化产物可制成治疗心血管疾病的药物。通过对30株不同种属真菌转化4AD能力的筛选,获得球孢白僵菌(Beauveria bassiana)QY2A对4AD有高效C11α羟化能力,得到目标产物C11α-羟基雄甾-3,17-双酮(简称11α-OH-4AD)。另对该菌株的转化条件进行优化,结果表明:初始pH值6.0,温度28℃,转速180r/min,转化时间60h,助溶剂甲醇终浓度和底物浓度分别为2.5%和2.5g/L时,11α-OH-4AD的转化率为65%,比未优化的转化率提高了51.2%。     

淀粉液化芽孢杆菌β1-1,3-1,4-葡聚糖酶基因的克隆及表达

为了比较不同的表达系统对β-1,3-1,4-葡聚糖酶基因(bgl)的效果,本研究将高产β-1,3-1,4-葡聚糖酶的淀粉液化芽孢杆菌Bacillus amyloliquefaciens BS5582的bgl基因(GenBank Accession No.EU623974)克隆到3种不同的质粒载体中,即构建pEGX-4T-1-bgl、pET20b(+)-bgl和pET28a(+)-bgl重组质粒.比较了pEGX-4T-1-bgl,在不同Escherichia coli宿主中表达效果,以及pET20b(+)-bgl和pET28a(+)-bgl在E coli BL21(DE3)中的表达效果.结果表明,E. coli BL21(DE3)-pET28a(+)-bgl能够表达最高的重组β-1,3-1,4-葡聚糖酶酶活,其总酶活可达(322.0±8.8)U/mL,是出发菌在最适摇瓶发酵条件下产酶活的40.1%.对该重组菌的产酶条件进行了分析,结合IPTG和乳糖协同的诱导作用,在基础产酶培养基中产最高总酶活为(1883.3±45.8)U/mL,表明其具有良好的工业应用价值.     

以葡萄糖为底物一步法合成γ-氨基丁酸整合型重组钝齿棒杆菌的构建

[目的]为了构建一株直接利用廉价的葡萄糖合成γ-氨基丁酸的重组钝齿棒杆菌,将来自于植物乳杆菌γ-氨基丁酸合成途径的关键酶谷氨酸脱羧酶基因(lpgad)在产谷氨酸菌株钝齿棒杆菌中进行整合表达,实现葡萄糖到GABA的一步法生产.[方法]运用PCR技术扩增得到带有tac启动子的谷氨酸脱羧酶基因tacgad.通过重叠PCR的方法获得钝齿棒杆菌精氨酸合成途径关键酶N-乙酰谷氨酸激酶(NAGK)基因内部缺失型基因△argB.利用自杀载体pK18mobsacB构建同源整合载体pK18-△argB::tacgad,以△argB的上下游序列为同源臂,通过两次同源重组将tacgad基因整合到钝齿棒杆菌基因组,同时将NAGK基因argB灭活,利用蔗糖致死基因sacB反向筛选标记筛选得到谷氨酸脱羧酶的重组钝齿棒杆菌C.crenatum △argB::tacgad.重组钝齿棒杆菌以葡萄糖为底物进行发酵,测定GABA含量.[结果]重组菌C.crenatum △argB::tacgad成功表达谷氨酸脱羧酶,同时阻断了精氨酸合成途径对谷氨酸到GABA代谢途径的竞争,粗酶液基本检测不到NAGK活性,发酵液无精氨酸合成.通过96 h发酵,重组菌可积累约8.28 g/L的GABA.[结论]本研究通过将谷氨酸脱羧酶基因定向整合到钝齿棒杆菌精氨酸合成途径的关键酶基因argB内部,成功表达谷氨酸脱羧酶的同时阻断竞争途径精氨酸的合成.本研究为实现直接利用葡萄糖合成GABA的一步法生产奠定了基础.     

新月弯孢霉AS 3.4381对新型甾体底物C11β-羟基化

应用本实验室保藏的新月弯孢霉Curvularia lunataAS 3.4381对新型甾体化合物(Ⅰ)(16α,17β-二甲基-17-丙酰基雄甾-1,4-二烯-3-酮)作为底物进行生物转化C11β-羟基化反应的研究。实验研究结果表明,采用Ⅱ级发酵的工艺,收获新月弯孢霉菌丝体作为生物催化剂,在磷酸缓冲液介质体系中,对化合物Ⅰ的C11位实现β羟基化,生成皮质激素药物。测试数据TLC,MS,IR及1H NMR证明了该产物的化学结构,表明生物转化产物为C11β-羟基-16α,17β-二甲基-17-丙酰基雄甾-1,4-二烯-3-酮。     

β-葡萄糖苷酶与透明颤菌血红蛋白在大肠杆菌中的共表达

为解决大肠杆菌高密度发酵生产β-葡萄糖苷酶过程中溶氧不足的问题,分别采用双顺反子和T7启动子系统在Escherichia coli中引入透明颤菌血红蛋白(VHb)以改善溶氧的利用、提高菌体的生物量,进而增加β-葡萄糖苷酶的产量。以双顺反子形式诱导表达VHb时,在摇瓶低溶解氧条件下的最高生物量达到4.24±0.29(OD_(600)),与无VHb表达的对照组相比提高了35.03%,同时β-葡萄糖苷酶发酵酶活达到了(9.78±0.55)U/m L,比对照组提高了25.38%。在3 L发酵罐中使用双顺反子形式共表达VHb时,β-葡萄糖苷酶发酵总酶活达到141.23 U/m L,与无VHb表达的对照相比提高了35.57%。以T7启动子对VHb进行表达后,在摇瓶和发酵罐中β-葡萄糖苷酶的发酵酶活均低于对照组。这些结果表明,在大肠杆菌中以双顺反子形式共表达β-葡萄糖苷酶和VHb能够提升菌体对低溶氧的耐受能力,提高菌体生物量和β-葡萄糖苷酶的产量。     

4-氯乙酰乙酸乙酯羰基还原酶产生菌的筛选及产酶条件研究

从实验室保藏的菌株中,筛选到一株立体选择性较高的产4-氯乙酰乙酸乙酯(COBE)羰基还原酶的菌株———出芽短梗霉(Aureobasidiumpullulans)SW0202,菌体产酶条件研究表明,最佳的发酵培养基配方为:麦芽糖30.0g/L,酵母膏20.0g/L,蛋白胨3.0g/L,(NH4)2SO45.0g/L,KH2PO42.0g/L,MgSO4.7H2O0.7g/L,最适发酵温度及初始pH分别为:28°C和pH6.0。该菌在此条件下发酵培养24h,产菌丝体生物量16.78g干菌体/L,COBE羰基还原酶酶活力达到1007U/L。在COBE的转化反应中,产物S-CHBE的浓度达到10.12g/L,光学纯度>97%e.e.。     

分枝杆菌Mycobacterium sp. NwIB-01 3-甾酮-9α-羟基化酶基因的克隆、异源表达及分离纯化

3-甾酮-9α-羟基化酶(KSH)是微生物甾体降解途径中的关键酶,在甾体药物制备中有重要价值。以本实验室从土壤中自行筛选的分枝杆菌Mycobacterium sp.NwIB-01为出发菌株,利用红平红球菌Rhodococcus erythropolis SQ1已报道的ksh序列与已全基因组测序的分枝杆菌序列数据库进行比对分析,根据同源基因设计简并引物获得部分ksh序列,通过染色体步移扩增出全长ksh(命名为M.S.-ksh),该基因与耻垢分枝杆菌M.smegmatis mc2155的ksh同源性为85%。构建pET32-ksh表达载体,转化大肠杆菌BL21(DE3),获得高表达重组转化子菌株,经IPTG低温诱导,SDS-PAGE电泳分析,目的蛋白主要为可溶性表达,表达量占菌体总蛋白的30%以上,用Ni2+亲和层析柱纯化,纯度达90%以上。本研究为利用基因工程菌进行工业化生产甾体药物奠定了基础。