如何利用大肠杆菌制备基因工程药物

本文主要对如何利用大肠杆菌制备基因工程药物进行分析。     

利用定向进化提高基因工程大肠杆菌的甲醇利用能力

甲醇是一种重要的有机化工原料,价格低廉,碳还原度高,在生物化工中是糖质原料的理想替代原料。但是常用的工业微生物宿主如大肠杆菌不能利用甲醇作为碳源,这限制了甲醇在生物化工领域的应用。通过表达甲醇脱氢酶、3-己酮糖-6-磷酸合成酶和6-磷酸-3-己酮糖异构酶在大肠杆菌中构建可同化甲醇的核酮糖单磷酸途径。以基因工程菌作为出发菌株,通过连续传代和定向进化引入随机突变,突变株进行以甲醇为碳源的压力筛选,得到了2株可以利用甲醇生长的突变株。在以甲醇为辅助碳源的培养基中,25113Δfrm A/p ZWM1-13号突变株较原始菌株25113Δfrm A/p ZWM1菌体生长量增加27.6%。对25113Δfrm A/p ZWM1-13号突变株进行~(13)C示踪分析检测蛋白质合成氨基酸,结果表明氨基酸中~(13)C比例有明显提高。其中,甲硫氨酸~(13)C标记含量增加7.236%。因此,定向进化有效地提高了基因工程大肠杆菌的甲醇利用效率。     

β-蒎烯合成酶(QH6)在大肠杆菌中的表达及其产β-蒎烯的研究

蒎烯是一种重要的平台化合物,可以用来合成高密度燃料、精细化学品及材料。将来源于黄花蒿的β-蒎烯合成酶基因与外源杂合甲羟戊酸(MVA)途径一起整合到BL21(DE3)中共表达,通过气相色谱-质谱(GC-MS)和气相色谱(GC)对发酵产物进行了定性及定量检测。通过发酵条件优化,对影响发酵产β-蒎烯的因素(诱导温度、诱导剂浓度和N源)进行了考察。结果表明:来自黄花蒿的蒎烯合酶可以在宿主细胞内高效表达,且能高效催化β-蒎烯的合成。通过对重组菌进行发酵条件优化得到最佳培养条件:诱导温度为28℃,IPTG浓度为0.1 mmol/L,最佳有机N源为MD牛肉粉。在此条件下,检测出β-蒎烯产量达到22.89 mg/L,比优化前(4.60 mg/L)提高了3.98倍。     

代谢工程改造大肠杆菌合成己二酸

己二酸是一种具有重要应用价值的二元羧酸,是合成尼龙-66的关键前体。目前,生物法生产己二酸存在生产周期长、生产效率低的问题。本研究选择一株野生型高产琥珀酸菌株大肠杆菌(Escherichia coli) FMME N-2为底盘细胞,首先通过引入逆己二酸降解途径的关键酶,成功构建了可合成0.34 g/L己二酸的E. coli JL00菌株;接着,对合成路径限速酶进行表达优化,使E. coli JL01菌株在摇瓶发酵条件下产量达到0.87 g/L;随后,通过敲除sucD基因、过表达acs基因和突变lpd基因的组合策略平衡己二酸合成前体的供应,优化菌株E. coli JL12己二酸产量进一步提升至1.51 g/L;最后,在5 L发酵罐上对己二酸发酵工艺进行优化。工程菌株经72 h分批补料发酵,己二酸的产量达到22.3 g/L,转化率为0.25 g/g,生产强度为0.31 g/(L·h),具备了一定的应用潜力。本研究可为包括己二酸在内的多种二元羧酸细胞工厂的构建提供理论依据和技术基础。     

代谢工程改造大肠杆菌合成丙二酸

丙二酸是一种重要的有机二元羧酸,其应用价值遍及化工、医药、食品等领域。本文以大肠杆菌为底盘细胞,过表达了ppc、aspC、panD、pa0132、yneI和pyc基因,成功构建了丙二酸合成重组菌株大肠杆菌BL21(TPP)。该菌株在摇瓶发酵条件下,丙二酸产量达到0.61 g/L。在5 L发酵罐水平,采用间歇补料的方式丙二酸的积累量达3.32 g/L。本研究应用了融合蛋白技术,将ppc和aspC、pa0132和yneI分别进行融合表达,构建了工程菌BL21(SCR)。在摇瓶发酵水平,该菌株丙二酸的积累量达到了0.83 g/L,较出发菌株BL21(TPP)提高了36%。在5 L发酵罐中,工程菌BL21(SCR)的丙二酸产量最高达5.61 g/L,较出发菌株BL21(TPP)提高了69%。本研究实现了丙二酸在大肠杆菌中的生物合成,为构建丙二酸合成的细胞工厂提供了理论依据和技术基础,同时也对其他二元羧酸的生物合成具有启发和指导意义。     

利用基因工程改良植物类胡萝卜素的合成

类胡萝卜素(carotenoids)是植物体内存在的一类重要天然色素物质的总称,其生物功能广泛.类胡萝卜素是人类饮食结构中重要的组成部分,并且在医药、化妆品及食品与饲料工业等方面扮演着重要的角色.类胡萝卜素还是一些维生素合成的前体,具有多种保健功能,可以提高人体免疫力,并具有抗癌的功效.目前有大量关于提高植物体内类胡萝卜素含量及定向改变其种类的研究,对类胡萝卜素代谢途径及其调控的理解是这些研究的基础.主要阐述植物天然类胡萝卜素的生物合成及利用基因工程对类胡萝卜素改良的研究进展.     

一种简便的α—蒎烯异构成β—蒎烯的方法

本文报导用三乙胺合甲硼氢(Et_3N·BH_3)和四氢硼酸苄基三乙铵(C_6H_6CH_2NEt_2:BH_4)与α-蒎经过硼氢化反应,生成=-(3-蒎烷基)-硼烷,再经热异构化成二-(10-蒎烷基)-硼烷,最后与双戊稀进行置换反应,得到β-蒎稀,产率分别为89.1％和81.9％,超过文献报导值。     

基因工程大肠杆菌发酵的研究

基因工程菌的发酵工艺研究在生物高技术产业化的发展中具有重要的意义。研究结果表明,每１０Ｌ发酵液可得１～２ｋｇ湿菌体,发酵时间从一般的２４～３０ｈ缩短到６～８ｈ,５Ｌ、１５Ｌ、１５０Ｌ发酵罐都可得重复性的结果。这项发酵工艺研究不仅适用于Ｅ．Ｃｏｌｉ各种不同类型的表达启动子的工程菌,也适用于野生菌株疫苗等的生产,将对我国基因工程产业化起重要作用。     

一碳气体利用微生物及其基因工程改造

一碳气体主要包括CO、CO_(2)和CH_(4)等,这些气体来源于陆地生物活动、工业废气以及气化合成气等,其中CO_(2)与CH_(4)是温室气体,对全球气候变化有着重要的影响。利用微生物进行一碳气体生物转化既可以解决废气排放的问题,又能生产燃料及多种化学品。近年来,运用CRISPR/Cas9等基因编辑技术对一碳气体利用微生物进行改造,是提高它们的产物得率、增加产物类型的重要途径。本文主要围绕甲烷营养菌、自养乙酸菌、一氧化碳营养菌等一碳气体利用微生物,综述了其生物学特性、好氧和厌氧代谢途径、代谢产物,以及常用的基因编辑技术(利用同源重组的基因中断技术、二类内含子ClosTron法、CRISPR/Cas基因编辑及以噬菌体重组酶介导的DNA大片段引入等)在它们中的应用,为后续相关研究提供参考。     

改造大肠杆菌合成海藻糖途径以高效合成海藻糖

海藻糖是相容性溶质的一种,因其具有多种生物学功能,在食品、化妆品、药品以及器官移植等方面均有很广泛应用。然而近几年生产海藻糖主要集中在使用酶催化的方法,虽然这种方法的转化效率高,但是却存在着副产物的问题,难以得到高纯度的海藻糖产品,严重制约了海藻糖的应用。本文通过基因工程技术在大肠杆菌Escherichia coli中构建了海藻糖高效合成新途径,通过全细胞催化合成海藻糖。利用PCR技术在哈氏噬纤维菌Cytophaga hutchinsonii中克隆获得海藻糖双功能合成酶基因(tpsp),采用E.coli pTac-HisA高效表达载体,实现海藻糖双功能合成酶基因(tpsp)高效表达,利用高效表达菌株进行全细胞催化,将葡萄糖高效转化为海藻糖。结果表明C.hutchinsonii海藻糖合成酶基因(tpsp)在E.coli中成功实现表达,该酶能够在胞内将葡萄糖高效转化为海藻糖,并将其转运到胞外,实现海藻糖的高效率合成,海藻糖的产量提高到1.2 g/L,相对转化率为21%。当将此高产菌株在发酵罐中进行转化时,海藻糖的产量达到13.3 g/L,葡萄糖的相对转化率达到48.6%。采用C.hutchinsonii海藻糖合成酶基因高效表达并且应用于海藻糖全细胞合成催化在国内外尚属首次报道,海藻糖的转化率及产率都已达到文献报道最高水平,本研究为开拓海藻糖生产新技术奠定了基础。     

代谢工程改造大肠杆菌合成羟基酪醇

羟基酪醇是重要精细化学品,作为天然抗氧化剂被广泛应用于食品、医药领域.利用合成生物学技术生产羟基酪醇具有重要意义.本文克隆并功能鉴定了来源于大肠杆菌Escherichia coli BL21的羟化酶编码基因HpaBC,结果表明该酶的两个亚基均能成功表达并能催化酪醇生成羟基酪醇.通过CRISPR-Cas9技术将由tac启...     

花色改造基因工程

自1987年世界首例成功运用转基因技术改造矮牵牛花色以来,花色改造基因工程技术不断展现它在培育新花色品系上的无穷魅力。介绍了近年来运用基因工程技术成功改造花色的3种主要策略:(1)采用反义RNA及共抑制的方法来改变花颜色的深浅;(2)通过导入新基因产生新奇花色;(3)利用转座子构建特殊表达载体,随机激活花色合成的基因来产生嵌合花色。此外,还对转基因株花色不稳定原因进行了讨论。     

大肠杆菌产琥珀酸基因工程研究进展

生物合成琥珀酸摆脱了对不可再生战略资源石油的依赖,以其社会、经济和环境效益展现出良好的发展前景。野生型大肠杆菌的琥珀酸生产强度难以满足生物合成琥珀酸工业化的要求,但遗传背景清楚,容易改造。近年来,人们深入研究了大肠杆菌的琥珀酸代谢途径,通过强化大肠杆菌琥珀酸合成途径、抑制琥珀酸旁路代谢途径、构建产琥珀酸乙醛酸循环和有氧生产体系等多种基因工程策略,对大肠杆菌进行菌株改造和代谢进化筛选,提高了琥珀酸产量。综述了大肠杆菌产琥珀酸的基因工程研究进展。     

利用重组大肠杆菌进行寡糖合成的研究进展

随着更多寡糖生物学活性的阐明,寡糖合成研究已成为糖生物学研究的热点之一,其中,以重组大肠杆菌作为酶盒或生物反应器,利用Leloir途径合成寡糖的方法,是近年来发展起来的一类重要的寡糖生物合成技术,并取得了较多的进展。将从细菌糖基转移酶的表达和鉴定、糖核苷酸的供给和寡糖的合成途径等几个方面,关注利用细菌功能尤其是利用重组大肠杆菌合成寡糖的研究进展,并分析各技术手段的优缺点及其应用前景。     

分子筛催化α—蒎烯异构的研究

分别用蒸馏水、盐酸、氯化铵溶液处理的分子筛作催化剂,催化α－蒎烯异构为单环单萜。结果表明,用蒸馏水处理后的分子筛做催化剂,产物的得率较高,为６９．５％左右,接近文献值。     

分子筛催化〆-蒎烯异构的研究

分别用蒸馏水、盐酸、氯化铵溶液处理的分子筛作催化剂,催化α－蒎烯异构为单 环单萜。结果表明,用蒸馏水处理后的分子筛做催化剂,产物的得率较高,为６９．５％左右, 接近文献值。     

循环利用重组大肠杆菌细胞转化合成丁二酸

研究了回收丁二酸发酵液中的大肠杆菌进行细胞转化的可行性,以转化率和生产效率为指标,考察了不同菌体浓度、底物浓度、pH调节剂对细胞转化的影响。发酵结果表明大肠杆菌可以在仅含有葡萄糖和pH调节剂的水环境中转化生产丁二酸,并确定了最佳的转化条件为:细胞浓度(OD600)50,底物浓度40g/L,缓冲盐为MgCO3。基于优化好的条件,在7L发酵罐中进行重复批次转化,第1次转化的转化率和生产效率分别达到91%和3.22g/(L·h),第2次转化的生产效率和转化率达到了86%和2.04g/(L·h),第3次转化的转化率和生产效率分别达到了83%和1.82g/(L·h)。     

代谢工程大肠杆菌利用甘油高效合成L-乳酸

以甘油为碳源高效合成L-乳酸有助于推进油脂水解产业和生物可降解材料制造业的共同发展。为此,首先分别从凝结芽胞杆菌Bacillus coagulans CICIM B1821和大肠杆菌Escherichia coli CICIM B0013中克隆了L-乳酸脱氢酶基因BcoaLDH和D-乳酸脱氢酶 (LdhA) 的启动子片段PldhA。将两条DNA片段连接组成了表达盒PldhA-BcoaLDH。然后将上述表达盒通过同源重组删除FMN为辅酶的L-乳酸脱氢酶编码基因lldD的同时克隆入ldhA基因缺失菌株E. coli CICIM B0013-080C (ack-pta pps pflB dld poxB adhE frdA ldhA)的染色体上,获得了L-乳酸高产菌株E. coli CICIM B0013-090B (B0013-080C,lldD::PldhA-BcoaLDH)。考察了菌株CICIM B0013-090B不同培养温度下代谢利用甘油和合成L-乳酸的特征后,建立并优化了一种新型L-乳酸变温发酵工艺。在7 L发酵罐上,发酵27 h,积累L-乳酸132.4 g/L,产酸强度4.90 g/(L·h),甘油到L-乳酸的得率为93.7％,L-乳酸的光学纯度达到99.95％。     

利用重组大肠杆菌合成几丁寡糖的研究

提取根瘤菌Mesorhizobium.loti基因组,克隆编码N-乙酰氨基葡萄糖转移酶nodC基因,插入质粒pUC19的lac启动子的下游,构建并筛选出能够合成几丁寡糖的重组大肠杆菌DCL-3。利用优化的MMYNG培养基,重组大肠杆菌DCL-3在10L发酵罐中培养26h后,培养液菌体浓度测定OD560=10.8,几丁寡糖得率达到526mg/L。收集重组细菌的细胞并煮沸破碎,利用活性炭的吸附和P4凝胶层析对几丁寡糖产物进行分离纯化。纯化产物的液质分析(LC-ESI-MS)结果表明主要寡糖产物为几丁四糖(m/z,831[M H] )和几丁五糖(m/z,1034[M H] )。