GL-7ACA酰化酶基因工程菌(Escherichia coli MMR204/pZC1)批式补糖发酵条件优化

戊二酰-7-氨基头孢烷酸(GL-7-ACA)酰化酶(3．1．5．11)可有效催化GL-7ACA分子中戊二酰基侧链水解,形成7-氨基头孢烷酸(7-ACA)而成为两步酶法生产7-ACA的重要工业用酶之一。在已构建的GL-7ACA酰化酶基因(acy)重组质粒pZC1基础上,进一步对酰化酶基因工程菌Escherichia coli MMR204／pZC1的产酶发酵条件进行了考察。研究表明,工程菌的最佳发酵温度为33℃,pH7．5～8．5的微碱条件有利于酶的生成。LB培养基补加适量葡萄糖(1～5g／L),可提高发酵生物量和产酶水平,但葡萄糖的过量补加(6g／L以上),则导致发酵液偏酸(低至pH4．0)而完全抑制酰化酶生成,并证明工程菌生长和产酶对乙酸的抑制效应较为敏感。同时通过5L自控发酵罐的批式补糖试验,对恒速流加、pH反馈控制和指数流加等三种补糖模式的发酵产酶进程进行了比较。结果发现,三种方式的补糖条件下,acy基因在tac启动子控制下,呈组成型表达,细胞生长与产酶同步,无需诱导;其中,以指数流加方式得到的生物量和产酶水平最高。而从acy基因的表达效率,即比酶活看,pH反馈的补料方法略高于恒速或指数流加模式。     

GL-7ACA酰化酶表达检测系统的建立

戊二酰 7 氨基头孢烷酸 (GL-7ACA)酰化酶能够催化GL-7ACA分解生成 7-ACA ,后者是工业半合成生产头孢类抗菌素所需的重要前体。为了准确地检测GL-7ACA酰化酶及其突变体的表达 ,本研究通过构建一系列质粒载体 ,建立了两个简便有效地测定GL-7ACA酰化酶基因acy表达量的系统 ,从而可对酶的比活力进行定量。我们将两个报告基因 ,即儿茶酚双加氧酶基因 (xylE)和 β-半乳糖苷酶基因 (lacZ)分别置于acy基因的下游 ,使之与acy基因共用一个启动子 ,进行串联表达 ,各自构成一个多顺反子系统。实验证明 ,基因融合后的儿茶酚双加氧酶或 β-半乳糖苷酶的活力可以间接反映acy的表达量。     

产GL-7-ACA酰化酶重组大肠杆菌的构建和表达*

为了实现GL-7-ACA酰化酶在大肠杆菌中的成功表达 ,将GL-7-ACA酰化酶基因用PCR的方法去除其信号肽序列 ,并将其连接到质粒pET-28a ,通过筛选得到了表达GL-7-ACA酰化酶的重组菌BL21 (DE3) /pET ACY。分别考察了诱导温度、菌浓 (OD₆₀₀)、诱导剂IPTG的用量等因素对重组菌表达GL-7-ACA酰化酶的影响。在优化条件下 ,GL-7-ACA酰化酶酶活可达 266U/L。GL-7-ACA酰化酶经一步DEAE Sepharose纯化即     

GL-7-ACA酰化酶的分离纯化及性质研究

CU334是高表达GL-7-ACA酰化酶工程菌,其菌悬液用超声波处理后,经硫酸铵分级沉淀、DEAE-Sephadex A-50离子交换柱层析、DEAE—纤维素DE-52柱层析、Sephadex G-200凝胶过滤及羟基磷灰石吸附柱层析等步骤,得到了凝胶电泳均一的GL-7-ACA酰化酶蛋白,纯化了22倍,得率4.0％,比活力为13.8U/mg。用浓度梯度PAGE测得GL-7-ACA酰化酶的分子量为134kD,用SDS-PAGE测得两个亚基分子量分别为15.5kD和58.4kD。用PI法测得等电点为3.5。GL-7-ACA酰化酶反应最适pH为7.0。反应最适温度为37℃,GL-7-ACA酰化酶对底物GL-7-ACA的K_m值为0.50mmol/L,V_(max)为13.10U·mg~(-1)。Ca²⁺、EDTA和巯基乙醇对该酶有激活作用,Cu²⁺、Fe²⁺和Mg²⁺等有一定程度的抑制作用。产物7-ACA、戊二酸均为GL-7-ACA酰化酶的反竞争性抑制剂,其K_1值分别为16.58mmol·L~(-1)和9.88mmol·L~(-1)。     

三角酵母整细胞酶促转化头孢菌素C为戊二酰-7-氨基头孢烷酸

研究了利用含D-氨基酸氧化酶(Damino acid oxidase, DAO EC1.4.3.3)的透性化三角酵母多倍体FA10(Trigonopsis variabilis FA10)细胞酶促转化头孢菌素(Ccephalosporin> C, CPC)为戊二酰-7-氨基头孢烷酸(Glutaryl-7-ACA,GL-7-ACA)的反应过程和细胞中同时存在的过氧化氢酶(Catalase, CAT)通过水解H₂O₂而对转化反应产生的干扰作用及其对策。实验证明适量添加外源H₂O₂(6%)或在反应体系中加入过氧化氢酶抑制剂NaN₃(0.13mg/mL)可使GL-7-ACA生成率分别为73.0%和70.1%。如果将透性化的FA10细胞在pH10.5～11.0,20℃条件下保温30min,CAT被不可逆性完全钝化,以无过氧化氢酶的FA10细胞进行CPC的酶促转化反应,GL-7ACA的生成率可达84%。     

头孢菌素酰化酶

7-氨基头孢烷酸(7-amino cephalosporanic acid, 7-ACA)是医药工业合成大多数头孢菌素的重要原料.头孢菌素酰化酶(cephalosporin acylase, CA)催化头孢菌素C(CPC)和戊二酰-7-氨基头孢烷酸(GL-7ACA)的水解反应, 生成7-ACA.根据CA催化底物的不同, 可将其划分为两类：CPC酰化酶和GL-7ACA酰化酶.由CA的同源性、分子质量大小和基因结构, 可以把头孢菌素酰化酶划分为五种;讨论了酶的基本性质.通过CA与N端亲核水解酶(Ntn水解酶)的比较, 推测CA属于Ntn水解酶, 并由此可以进一步理解它们的生理功能.     

产GL-7-ACA酰化酶重组菌的构建及高表达研究

戊二酰基-7-氨基头孢烷酸(GL-7-ACA)酰化酶是7-氨基头孢烷酸(7-ACA)两步酶法生产中的关键酶。成功构建组成型表达的产GL-7-ACA酰化酶重组大肠杆菌JM105/pMKC-ACY,并对其高表达条件进行了研究,得到了组成简单、廉价的国产培养基配方及操作简便、易于实现工业化的发酵工艺。在优化条件下,上罐补料高密度发酵的酶活高达6668.9U/L,是优化前的12.4倍,产率最高可达275.5U/(L.h),达到了工业生产的要求。     

L－缬氨酸发酵供氧与补料过程控制的研究

高产缬氨酸的北京棒杆菌(corynebacterium pekinense)突变株125菌株,在2．6L自控发酵罐上分批培养结果表明,当发酵中后期DO为零时,产酸量较多。也可用kL。值为指标来调节过程的供氧强度,Kla=90．75h^-1时,产酸量最高。同时比较了恒速连续补加葡萄糖液,当F=3．75g／b时,产酸较高。由此获得了该菌株L一缅氨酸发酵的低供氧与恒速补糖的控制模式。总糖量为16．85％的发酵,可使产酸量达38．2g／L,转化率为22．67％。本文对有关试验结果,进行了发酵动力学的分析和讨论。     

GL-7-ACA酰化酶的分离纯化及性质研究

CU334是高表达GL-7-ACA酰化酶工程菌,其菌悬液用超声波处理后,经硫酸铵分级沉淀、DEAE-Sephadex A-50离子交换柱层析、DEAE—纤维素DE-52柱层析、Sephadex G-200凝胶过滤及羟基磷灰石吸附柱层析等步骤,得到了凝胶电泳均一的GL-7-ACA酰化酶蛋白,纯化了22倍,得率4.0％,比活力为13.8U/mg。用浓度梯度PAGE测得GL-7-ACA酰化酶的分子量为134kD,用SDS-PAGE测得两个亚基分子量分别为15.5kD和58.4kD。用PI法测得等电点为3.5。GL-7-ACA酰化酶反应最适pH为7.0。反应最适温度为37℃,GL-7-ACA酰化酶对底物GL-7-ACA的K_m值为0.50mmol/L,V_(max)为13.10U·mg^(-1)。Ca^(2+)、EDTA和巯基乙醇对该酶有激活作用,Cu^(2+)、Fe^(2+)和Mg^(2+)等有一定程度的抑制作用。产物7-ACA、戊二酸均为GL-7-ACA酰化酶的反竞争性抑制剂,其K_1值分别为16.58mmol·L^(-1)和9.88mmol·L^(-1)。     

产GL-7-ACA酰化酶重组大肠杆菌的构建和表达

为了实现GL-7-ACA酰化酶在大肠杆菌中的成功表达,将GL-7-ACA酰化酶基因用PCR的方法去除其信号肽序列,并将其连接到质粒pET-28a,通过筛选得到了表达GL-7-ACA酰化酶的重组菌B121(DE3),pET-ACY。分别考察了诱导温度、菌浓(OD600)、诱导剂IFrG的用量等因素对重组菌表达GL-7-ACA酰化酶的影响。在优化条件下,GL-7-ACA酰化酶酶活可达266U／L。GL-7-ACA酰化酶经一步DEAE-Sepharose纯化即可达到80％的纯度,酶活收率为50％。     

发酵生产7-ACA基因工程菌的构建

头孢菌素类抗牛素是临床用途最广的抗感染药物,其工业生产的重要中间体7－氨基头孢烷酸（7－ACA）采用顶头孢霉发酵产物头孢菌素C为前体,通过化学合成或两步酶法狭得。介绍了在了解头孢菌素C生物合成的前提下,在建赢了顶头孢霉的遗传改造丛础上,运用合成生物学的知识,在头孢菌素C产生菌顶头孢霉中分别构建了三个头孢菌素C酰化酶的表达框架,通过发酵产物的分析并优选表达框架后,再采用传统发酵工艺的优化获得了一株可以直接发酵7-ACA的高产顶头孢霉工程菌。     

脱乙酰氧基头孢菌素C合成酶/羟化酶基因cefEF的克隆及序列分析

利用氯化苄分别从真菌顶头孢(Cephalosporium acremonium)和产黄头孢(Acremonium chrysogenum)中提取总DNA,通过PCR方法扩增脱乙酰氧基头孢菌素C合成酶/羟化酶基因cefEF,结果只能从产黄头孢DNA中扩增出cefEF基因。测序结果表明,其与已报道的基因序列只有3个碱基的差异,推断的氨基酸序列只有2个氨基酸有差异,并未涉及活性中心。同时表明,国外所指的与该酶有关的顶头孢(Cephalosporium acremonium或Acremonium chrysogenum)对应的是国内的产黄头孢(Acremonium chrysogenum)。     

酿酒酵母gpd1和hor2基因在大肠杆菌中的共表达

利用途径工程的方法,在大肠杆菌中构建一条新的产甘油的代谢途径。从酿酒酵母(Saccharomycescerevisiae)克隆3_磷酸甘油脱氢酶基因(gpd1)和3_磷酸甘油酯酶基因(hor2 ) ,并将两个基因串连到启动子trc的下游,构建由trc启动子控制的能高效表达的多顺反子重组质粒pSE_gpd1_hor2 ,将重组质粒导入大肠杆菌BL2 1菌株中,构建得到的重组菌株GxB_gh能将葡萄糖转化为甘油。结果表明重组菌株GxB_gh以葡萄糖为底物进行发酵,甘油产量为4 6 6 7g L ,葡萄糖的转化率为4 2 87%。这为利用工程菌绿色生产甘油进行了前期的探索,也为进一步构建能生产1,3_丙二醇的工程菌打下了良好的基础。     

提高三角酵母细胞DAO表观活力的透性化研究

三角酵母(Trigonopsis variabilis)的D-氨基酸氧化酶(D-amino acid oxidase,DAO,EC1.4.3.3)是一种胞内酶,完整细胞并不呈现酶促活性。为了获得三角酵母细胞的较高表观活力,需对细胞进行处理以改变壁和膜对反应底物和产物的通透性。研究中比较了冻融、丙酮、丁醇和十六烷基三甲基溴化铵(Cetyltrimethylammonium bromide,CTAB)等理化因子的透性化效率,并对丙酮的透性化条件进行了优化。证明丙酮的透性化作用与溶剂浓度、保温时间和温度有关。30%～35%丙酮浓度,4～28℃保温,可得到最大酶活力。透性化所需时间极短,在5min内即可完成。同时,透性化细胞中的DAO比无细胞抽提液中的酶对热更为稳定。用丙酮透性化细胞作为生物催化剂可有效地转化头孢菌素C(Cephalosporin C, CPC)为戊二酰-7ACA(Glutaryl-7-ACA,GL-7ACA)。     

耐冷菌Bacillus cereus SYP-A3-2低温蛋白酶的发酵条件*

研究了营养因子及环境条件对中国冰川1号耐冷菌BacilluscereusSYP-A3-2产低温蛋白酶的影响。结果表明对该菌产酶影响较大的因素分别是温度、酪蛋白浓度和pH,在酪蛋白浓度0·8%、pH7、15℃下摇瓶发酵48h产酶水平可达3,800U/mL。     

三角酵母整细胞酶促转化头孢菌素C为戊二酰—7—氨基头孢烷酸

研究了利用含D－氨基酸氧化酶(D-amino acid oxidase,DAO EC1.4.3.3）的透性化三角酶母多倍体FA10（Trigonopsis variabilis FA10）细胞酶促转化头孢菌素C（cephalosporin C,CPC）为戊二酰－7－氨基头孢烷酸（Glutaryl-7-ACA,GL-7ACA）的反应过程和细胞中同时存在的过氧化氢酶（Catalase,CAT）通过水解H2O2而对转化反应产生的干扰作用及其对策。实验证明适量添加外源H2O2（6％）或在反应体系中加入过氧化氢酶抑制剂NaN3(0.13mg/mL )可使GL－7ACA生成率分别为73.0％和70.1％。如果将透性化的FA10细胞在pH10.5-11.0,20℃条件下保温30min,CAT被不可逆性完全钝化,以无过氧化氢酶的FA10细胞进行CPC的酶促转化反应GL－7ACA的生成率可达84％。     

微球菌的脂肪酸合成调节

本文介绍了微球菌（Micrococcussp）1504胞外脂肪酶的代谢调节模式。发现在发酵培养基中,通过补加长链脂肪酸及其油酯,能提高脂肪酶的生产水平,而中、短链脂肪酸及其酯抑制产酶能力;高浓度的葡萄糖抑制产酶能力;补加不同浓度的橄揽油,适宜补加时间也应不同。水洗细胞脂肪酶的合成受橄榄油和油酸诱导,受葡萄糖和甘油阻遏,并发现脂肪酶的分解代谢阻遏主要发生在转录水平上。     

氨水中和Lactobacillus delbrueckiisubsp. lactis BME5-18M发酵生成L-乳酸铵的研究*

实验确定了Lactobacillusdelbrueckiisubsp lactisBME5-18M接种的最佳种龄为24h。以氨水取代传统的中和剂碳酸钙中和发酵生成的乳酸、调控发酵液的pH ,考察了不同pH值对菌体生长和产酸的影响 ,确定了菌种生长和产酸的较适pH值为 6.5。考察了底物流加速度对菌种生长和产酸的影响 ,对间歇和流加发酵时菌体的生长量和产酸量进行了动力学关联。在较适pH值 6.5和较佳流加速度 25mL/h条件下 ,乳酸的产量可达到 136.8g/L ,产率为1.     

产氨短杆菌B1-15-15分段合成法制造5’-肌苷酸及其它核苷酸类物质

产氨短杆菌(Brevibacterium ammoniagenes)B_1-15-15,为野生型,需生物素,对Mn++不敏感菌株,它具有“分段合成”核苷酸的能力,将外源核酸碱基转变为相应的核苷酸类物质。在30℃摇床培养3天后,加入0.3—0.5％的次黄嘌呤继续培养2天,可产生5'-IMP12一16克／升。发酵的适宜条件为：培养基分别灭菌前的pH,糖镁液为5．7(自然pH),磷氮液为7.0;发酵过程中补加尿素控制pH6.7—7.0,尿素总量0.7％左右;玉米浆用量3—4％;Mn++ 50一100微克／升。在30℃培养2天,补加0．4％尿素和0．4%次黄嘌呤,提高温度至37℃培养,可缩短发酵周期至2.5天,5'-IMP产量为9．54克／升。     

Trametes sp. AH28-2漆酶A的诱导合成及其基因5′-端调控区的克隆与分析

Trametes sp. AH28-2漆酶同工酶的合成需要铜离子的存在,较高浓度的Cu²⁺有利于漆酶合成。在以葡萄糖为碳源补加0.5mmol/L Cu²⁺的培养基中生长时,发酵液漆酶活性为44.3u/L,同时补加4.0mmol/L邻甲苯胺时,漆酶酶活提高到71.0u/L;而在补加Cu²⁺和邻甲苯胺的纤维二糖培养基中,酶活上升至2584u/L,为葡萄糖培养基的36.4倍。邻甲苯胺和铜离子诱导产生的漆酶同工酶组分,均为漆酶A（LacA）。竞争性RT-PCR分析表明,漆酶A基因（lacA） 转录本的累积伴随有发酵液漆酶活性的增加,邻甲苯胺对lacA的调控发生在转录水平。lacA 结构基因长2110bp,含有10个内含子;lacA的Cdna序列为1560bp,编码520aa的漆酶蛋白,其氨基酸序列与其它真菌漆酶具有较高的相似性。采用改进的反向PCR技术,扩增得到的lacA5′-端调控区长1881bp,分析表明,该区域上分布有1个TATA框、7个CAAT框和多个潜在的顺式作用元件序列位点,包括5个MRE元件、9个CreA结合位点、4个XRE元件、2个STRE元件和7个氮因子调控位点等。这些序列位点的存在部分地对应了菌株摇瓶发酵条件下lacA的表达规律。