含甘油脱水酶激活因子编码基因的产1,3-丙二醇新型重组菌的构建

利用PCR技术扩增来源于弗氏柠檬杆菌(Citrobacter freundii)的甘油脱水酶编码基因dhaB以及甘油脱水酶激活因子编码基因dhaGdhaF,将其与1,3-丙二醇氧化还原酶同工酶的编码基因yqhD串联在温控表达载体pHsh上,构建重组菌E.coliJM109(pHsh-dhaB-dhaG-dhaF-yqhD)。SDS-PAGE分析显示,融合表达产物的分子量同核酸序列测定的推导值相符。与未串联甘油脱水酶激活因子编码基因的重组菌E.coliJM109(pHsh-dhaB-yqhD)相比,1,3-丙二醇的产量提高了28%。     

利用PDOR同工酶基因yqhD对产1,3-丙二醇克雷伯氏杆菌进行基因工程改造

由于Klebsiella pneumoniae 1,3-丙二醇合成途径中,加强甘油脱水酶基因表达,导致因NADH供应不足使3-羟基丙醛累积,并对菌体生长及1,3-丙二醇合成造成负面影响。为改善Klebsiella pneumoniae 1,3-丙二醇合成途径,本文利用PCR技术从大肠杆菌(Escherichia coli)中扩增出以NADPH 为辅酶的1,3-丙二醇氧化还原酶同工酶编码基因yqhD,从克雷伯氏杆菌中扩增出2.66kb的甘油脱水酶基因（dhaB）,构建了产1,3-丙二醇关键酶基因的串联载体pEtac-dhaB-tac-yqhD,并将其转入到野生克雷伯氏杆菌(Klebsiella pneumoniae)中,重组载体得到了表达。通过初步发酵,重组后的克雷伯氏杆菌产量比原始菌高20%左右,副产物中乙酸和丁二醇分别下降30%左右。     

产1,3-丙二醇基因工程菌发酵条件的研究

利用途径工程的方法,将来源于克雷伯氏菌(Klebsiella pneumoniae)的甘油脱水酶基因dhaB和1,3-丙二醇氧化还原酶基因dhaT构建成多顺反子重组质粒pSE-dhaB-dhaT并在大肠杆菌JM 109中进行表达,在大肠杆菌中构建一条新的产1,3-丙二醇代谢途径。研究表明,重组菌株JM 109/pSE-dhaB-dhaT在微好氧条件下,尝试用廉价的乳糖为诱导物、维生素B12为辅酶,可以将甘油转化为1,3-丙二醇,产量达15.34 g/L,甘油转化率为35.7%,对低成本生产1,3-丙二醇作了有益的探索。     

产1,3-丙二醇菌株的诱变和筛选

为提高克雷伯氏肺炎杆菌产1,3-丙二醇的能力,以离子束、紫外线和氯化锂为复合诱变法,建立了产酸圈和产物耐受相结合的平板筛选方法,获得可耐受高浓度1,3-丙二醇并且副产物中乙醇含量较少的优良突变菌株2株。与出发菌株相比,两株高产突变菌株Klebsiella pneumoniae LM 03和Klebsiella pneumoniae LM05的1,3-丙二醇产量分别提高了33% 和30% ,达到66.74 g/L和65.12 g/L;乙醇产量分别降低了38% 和24% ,降低为6.59 g/L和8.05 g/L。同时测定了诱变前后还原途径中甘油脱水酶（GDHt）和1,3-丙二醇氧化还原酶（PDOR）的酶活变化,研究表明诱变对GDHt有明显的促进作用,而对PDOR的影响不明显。该诱变和筛选方法目标明确、易操作、效率高,在1,3-PD工业规模的生物法生产中将具有良好的应用价值,而且对于其他具有工业应用价值的菌株筛选工作也具有一定的借鉴意义。     

大肠杆菌中1,3-丙二醇氧化还原酶的表达与纯化

目的:在大肠杆菌中表达1,3-丙二醇氧化还原酶(PDOR),并对PDOR进行纯化.方法:从克雷伯氏肺炎杆菌(Klebsiella pneumoniae)基因组中,克隆PDOR基因dhaT.构建表达载体pDK-dhaT,在E.coli DH5α中利用IPTG诱导进行表达.细胞裂解液利用硫酸铵盐析、Sephadex G-200凝胶层析和DE23 Cellulose阴离子交换层析,进行酶蛋白分离提纯.结果:用SDS-PAGE分析表明胞内PDOR占可溶性蛋白的39.8%,酶活为14.5U/ml.纯化后酶液比酶活提高3.94倍,回收率为15.5%.结论:成功地构建了PDOR高效表达载体,并且得到了高纯度的PDOR.     

编码1,3-丙二醇氧化还原酶基因的克隆和表达

采用PCR法克隆了巴氏梭菌（Clostridium pasteurianum）CpN86菌株编码1,3丙二醇氧化还原酶基因（dhaT基因）;完成了dhaT基因测序、表达载体构建和在大肠杆菌中表达;分离和纯化了dhaT基因表达的重组蛋白。实验结果：（1）PCR法克隆的dhaT基因和肺炎克雷伯氏菌Klebsiella pneumoniae菌株dhaT基因的序列同源性为829%;（2）dhaT基因表达蛋白的酶活为108U/mg;（3）dhaT基因表达的蛋白分子量为43kD;（4）Western blot确定了dhaT基因表达的蛋白和 CpN86菌株天然蛋白有相同的抗原反应。     

产1，3-丙二醇重组大肠杆菌JM109（pEtac—dhaB—tac—yqhD）的构建

在生物柴油的生产过程中,最高可得到约10％的副产物甘油,副产物甘油的去向将成为生物柴油大规模产业化发展所面临的严峻问题。以生物柴油副产物甘油为原料耦合生产1,3-丙二醇,不仅解决了生物柴油副产物甘油的出路问题,同时降低了1,3-丙二醇的生产成本。本研究在前期工作的基础上,分别获得了来源于肺炎克雷伯氏茵的甘油脱水酶编码基因dhaB和来源于大肠杆菌的1,3-PD氧化还原酶同工酶编码基因yqhD,利用表达载体pEtac串联构建了重组质粒pEtac—dhaB—tac—yqhD,将其转化大肠杆菌得到产1,3-丙二醇重组大肠杆菌JM109（pEtac—dhaB-tac—yqhD）,降低了代谢中间产物3-羟基丙醛的积累,提高了1,3-丙二醇的产量。     

1,3-丙二醇氧化还原酶结构与功能关系的探讨

用生物信息学方法对来源于klebsiella pneumonide的1,3-丙二醇氧化还原酶(即1,3-丙二醇氧化还原酶,PDOR)进行高级结构模建,并搜索其功能位点,以所得三维结构为对象,定位其铁信号结合位点、辅酶NADP大致位置以及可能的底物结合部位;在此基础上模拟PDOR活性部位,探讨该酶的构效关系。     

1,3-丙二醇生产的研究进展

作为一种重要的化工材料,1,3-丙二醇凭借其自身的优点,在工业生产中具有很高的应用价值。但其传统的生产方法,操作繁琐、技术难度大、设备投资高,已无法满足对1,3-丙二醇的日益增长的需要;而微生物发酵法又面临着产率低、发酵条件难以控制等弊病。相反,基因工程技术在1,3-丙二醇生产过程中扮演着越来越重要的角色。简要综述了1,3-丙二醇研究及生产工艺的进展。     

克雷伯杆菌甘油脱氢酶和1,3-丙二醇氧化还原酶的动力学机制

本研究主要对克雷伯杆菌甘油转化1,3-丙二醇代谢途径中的2个关键酶甘油脱氢酶(GDH)、1,3-丙二醇氧化还原酶(PDOR)反应机制和动力学进行了研究。首先,通过初速度和产物抑制动力学研究确定了GDH、PDOR双底物酶促反应机制为有序BiBi机制,明确了由反应物消耗到产物生成之间的历程。其次,建立了GDH、PDOR双底物酶促反应动力学模型,由动力学模型可知,在偶合反应中,如果GDH和PDOR酶量相同,GDH氧化反应成为限速反应,而辅酶I将主要以氧化型NAD+形式存在。动力学信息为酶法合成1,3-丙二醇和代谢工程研究提供理论指导。     

利用木糖和葡萄糖合成乙醇的新型重组大肠杆菌的研究

利用PCR方法从运动发酵单孢菌染色体DNA扩增出乙醇合成途径的关键酶基因pdc、adhB,分别用tac启动子控制表达,构建了可以在Escherichia coli JM109中表达的重组质粒pKK-PA、pEtac-PA.初步的乙醇发酵结果表明,在E.coli中只引入adhB基因不能拓宽其中的产乙醇途径,引入pdc基因可以与宿主自身的ADH酶协同作用,使碳流有效导向产乙醇方向.同时引入pdc、adhB基因可以在宿主E.coli中成功建立产乙醇途径.     

High-level expression of the 1,3-propanediol oxidoreductase from klebsiella pneumoniae in escherichia coli

As one of four key enzymes in glycerol dismutation process, 1,3-propanediol oxidoreductase (EC.1.1.1.202) is important in converting glycerol to 1,3-propanediol in Klebsiella pneumoniae. The dhaT gene encoding 1,3-propanediol oxidoreductase was amplified by polymerase chain reaction (PCR) using the genome DNA of K. pneumoniae as template, and then cloned into cloning vector pMD18-T. After DNA sequence was determined, the dhaT gene was subcloned into Escherichia coli expression vector pET-22b (+) and pET-28a (+). Sodium dodecyl sulfate-polyacrylamide gel electrophoresis (SDS-PAGE) analysis revealed that both the recombinant E. coli BL21 (DE3) (pET-22b (+)-dhaT) and E. coli BL21(DE3)(pET-28a (+)-dhaT) expressed predicted 42-kDa 1,3-propanediol oxidoreductase after induced by isopropyl-β-d-thiogalactopyranoside (IPTG), and the recombinant enzyme of E. coli BL21 (DE3) (pET-28a (+)-dhaT) was mostly in soluble form, and exhibited high activity (96.8 U/mL culture). The recombinant enzyme was purified and biochemically characterized. The apparent K _m values of the enzyme for 1,3-propanediol and NAD⁺ were 8.5 and 0.21 mM, respectively. The enzyme had maximum activity at pH 9.5 and 30°C.     

Disruption of glpF gene encoding the glycerol facilitator improves 1,3-propanediol production from glucose via glycerol in Escherichia coli

Engineered Escherichia coli has recently been applied to produce 1,3-propanediol (1,3-PDO) from glucose. A metabolic intermediate in the production pathway, glycerol, is partially secreted into the extracellular of E. coli through a glycerol facilitator encoded by glpF, and this secretion consequently decreases 1,3-PDO production. Therefore, we aimed to determine whether disrupting the glpF gene would improve 1,3-PDO production in E. coli. The intracellular glycerol concentration in a glpF-disruptant was 7·5 times higher than in a non-disruptant. The glpF-disrupted and non-disrupted E. coli strains produced 0·26 and 0·09 g l⁻¹ of 1,3-PDO, respectively, from 1% glucose after 72 h of cultivation. The specific growth rate (μ) and the 1,3-PDO yield from glucose (Y_P/S) in the disruptant were higher than those in the non-disruptant (ΔglpF, μ = 0·08 ± 0·00 h⁻¹, Y_P/S = 0·06 mol mol-glucose⁻¹; BW25113, μ = 0·06 ± 0·00 h⁻¹, Y_P/S = 0·02 mol mol-glucose⁻¹). Disruption of the glpF gene decreased the production of the by-product, acetic acid. These results indicated that disruption of glpF increased the intracellular concentration of glycerol and consequently increased 1,3-PDO production in E. coli.     

丁酸梭菌1，3-丙二醇氧化还原酶基因dhaT的克隆及在大肠杆菌中的表达

以丁酸梭菌（Clostridium butyricum）基因组DNA为模板,利用PCR技术扩增得到1,3-丙二醇氧化还原酶基因dhaT,将它连接到pMD18一T载体上,得到重组质粒pMD—dhaT,对此重组质粒进行序列测定,对其DNA序列分析表明,dhaT基因全长为1 158bp。将dhaT基因插入表达载体pSE-380中,构建成重组子pSE—dhaT,并在大肠杆菌JMl09中进行诱导表达。研究表明,以1,3-丙二醇为底物时,基因工程菌在37℃下,以1．0mmol／L IPTG诱导14h,酶活力达到16．28U／mL,比原始菌株提高5、6倍。     

重组蛋白在大肠杆菌周间腔的分泌表达

大肠杆菌是用于生产重组蛋白的重要工程宿主菌。但是,要获得足够的正确折叠的蛋白还存在一定的缺陷,其中一种解决此问题的方法就是使重组蛋白分泌到大肠杆菌的周间腔里。在这篇综述中,主要讨论了使重组蛋白分泌表达至大肠杆菌周间腔的近期的研究进展。