γ-聚谷氨酸水凝胶研究与应用进展

主要介绍了一种集吸水性能、保水性能、环境友好性于一身的高分子材料γ-聚谷氨酸水凝胶的研究现状及发展前景,分别从γ-聚谷氨酸水凝胶、γ-聚谷氨酸与其他物质复合水凝胶的合成以及γ-聚谷氨酸类水凝胶的应用三方面进行了综述。     

γ-聚谷氨酸的微生物合成、相关基因及应用展望

γ-聚谷氨酸是一种具有极强水溶性、生物相容性、可完全降解性的环境友好型新材料。介绍γ-聚谷氨酸的基本性质、微生物合成及其影响因素,综述其合成相关基因、合成酶复合体的研究进展及在水凝胶和药物载体方面的应用前景。     

不同分子量γ-聚谷氨酸的生物合成

【背景】不同分子量的γ-聚谷氨酸在农业、化妆品和医药领域具有重要的应用价值,开发不同分子量γ-聚谷氨酸的生物合成工艺已成为研究热点。【目的】在γ-聚谷氨酸生产菌株枯草芽孢杆菌(Bacillus subtilis) KH2中实现不同分子量γ-聚谷氨酸的合成。【方法】分别克隆表达不同来源的水解酶,包括B.subtilis来源的γ-聚谷氨酸水解酶PgdS和YwtE,以及地衣芽孢杆菌来源的SGH。研究不同来源水解酶对B. subtilis KH2产γ-聚谷氨酸分子量的影响。通过改变水解酶处理条件获得不同分子量γ-聚谷氨酸的生物合成工艺。【结果】PgdS、YwtE和SGH均可降低γ-聚谷氨酸的分子量,其中PgdS水解效果最好,可以将γ-聚谷氨酸分子量由原来的1 600 kDa降低为180 kDa。通过优化PgdS的添加量与添加时间,在B. subtilis KH2中获得了分子量为210–600 kDa的γ-聚谷氨酸。【结论】利用水解酶处理,可以在B. subtilis KH2中实现不同分子量γ-聚谷氨酸的生物合成。该方法反应条件温和、分子量可控区间宽,具有良好的应用前景。     

聚γ-谷氨酸高产菌的选育与培养基优化

利用合成培养基为筛选培养基,以枯草芽孢杆菌(Bacillus subtilis)B6-1为出发菌株,经过三轮紫外线诱变和一轮硫酸二乙酯诱变得到了聚γ-谷氨酸高产突变株枯草芽孢杆菌W003,摇瓶液体发酵的聚γ-谷氨酸产量由出发菌株的10.9 g/L提高到20.5 g/L.单因素实验结果表明,该菌产聚γ-谷氨酸的合适碳源为葡萄糖,氮源为硫酸铵.通过正交实验得到了优化的培养基配方,经36h液体发酵,聚γ-谷氨酸产量可达到45.3 g/L.     

不同D/L单体比γ-聚谷氨酸的合成与调控

γ-聚谷氨酸(γ-PGA)是由L-谷氨酸和/或D-谷氨酸聚合而成的一种聚氨基酸,广泛应用于化妆品、医药等领域.高聚物单体的立体构型会影响产品性质和应用,因此调控γ-PGA中D-谷氨酸/L-谷氨酸单体比(D/L单体比)具有重要意义.前期以谷氨酸棒杆菌为底盘,表达来自于地衣芽孢杆菌的γ-PGA合成酶,合成以L-Glu(97...     

一株γ-聚谷氨酸合成菌的筛选与鉴定

从土壤中筛选分离获得一株γ-聚谷氨酸合成菌PGS-1,经鉴定为枯草芽孢杆菌(Bacillus subtilis),在富含谷氨酸和葡萄糖的培养基中可大量合成γ-聚谷氨酸,摇瓶发酵产量达26 g/L,不同于大多文献报道的微生物合成的γ-聚谷氨酸具有较高的分子量,该菌株合成的γ-聚谷氨酸分子量较低(3×105-4×105 kD),分子量分布较窄,可适用于低分子量要求的应用领域,如作为药物的控缓释载体,值得深入开发研究。     

高分子量聚谷氨酸的微生物合成及其发酵过程的研究

目的：以枯草芽孢杆菌纳豆亚种为出发菌株,考察不同碳氮源及NaCl浓度、谷氨酸、种龄、接种量对微生物发酵产1-聚谷氨酸的影响,以提高γ-聚谷氨酸的产量。方法：该菌菌种活化后,接入种子培养基,于37℃、200r／min震荡培养18h,然后按2％接种量接入不同发酵培养基进行发酵培养。γ-聚谷氨酸分离纯化后,根据其产量筛选最适发酵培养基组成及发酵条件,并对产物进行分析测定。结果：①最佳碳氮源分别为葡萄糖、蛋白胨,NaCl浓度为30g／L、种龄15h、接种量3％,且需在培养基中添加谷氨酸。②该菌株在最适条件下发酵56h时,γ-聚谷氨酸产量达32．7g／L,凝胶渗透色谱分析其相对分子质量为426kDa,呈多分子质量聚集体形式。③γ-聚谷氨酸的合成与菌体生长并非完全同步。结论：γ-聚谷氨酸作为一种天然的、可生物降解的、对环境和人体无害的多聚物,可由微生物发酵合成,且在此适宜条件下产量较高。     

γ-聚谷氨酸的性质与生产方法

介绍了γ-聚谷氨酸的结构、理化性质及其用途。从国内外生产γ-聚谷氨酸的方法着手,综述了不同的合成方法以及各自的优缺点,重点介绍了微生物法合成γ-聚谷氨酸的途径,对新方法进行了展望。     

以聚γ-谷氨酸为材质研制微胶囊的工艺

微胶囊制剂能够利用壁材将囊芯物质包裹起来,减少外界环境的不良因素对其造成的影响,但存在产品残效期和速效性的矛盾、成本过高等问题。聚γ-谷氨酸具有成膜性,可生物降解。本文通过自制的枯草芽胞杆菌聚γ-谷氨酸,对开发聚γ-谷氨酸微胶囊的工艺展开研究。对壁材浓度、搅拌转速、反应温度、聚γ-谷氨酸∶明胶质量比、菌悬液体积和甲醛的用量进行优化,建立了聚γ-谷氨酸微胶囊制备工艺,微胶囊对枯草芽胞杆菌的包埋率达到94.2%。同时考察了微胶囊制剂对热、紫外线和极端pH的抗逆性,结果表明聚γ-谷氨酸-明胶微胶囊能赋予微生物细胞更强的抗紫外能力和耐热性。在极端pH条件下热处理,聚γ-谷氨酸-明胶微胶囊剂中枯草芽胞杆菌的存活率也显著提高。     

混菌发酵生产γ-聚谷氨酸的工艺条件优化

采用谷氨酸棒杆菌S9114和枯草芽胞杆菌NTG-4在10 L自控发酵罐上进行混菌发酵,探索混菌发酵生产γ-聚谷氨酸的可行性并进行工艺优化。结果表明:温度、接种量、pH及溶氧对聚谷氨酸发酵有较大影响,发酵前期维持32℃,6 h提温至37℃变温控制,谷氨酸棒杆菌和枯草芽胞杆菌接种量分别为5%和0.5%,pH 7.0,溶氧20%最有利于γ-聚谷氨酸发酵,在此条件下发酵32 hγ-聚谷氨酸最高产量为38.3 g/L。     

联动过程控制技术提高10L发酵罐γ-聚谷氨酸产量

聚谷氨酸,是由微生物发酵产生的水溶性多聚氨基酸,分子量多分布在100～10 000 kD,因其具有水溶性和吸附性好,以及易降解等特点,多用于农业、环保、医药等领域。本研究以实验室自行筛选的一株产γ-聚谷氨酸的地衣芽孢杆菌为出发菌株,在10 L发酵罐上对接种量、转速、风量、pH、发酵时间等发酵条件进行优化研究,旨在提高γ-聚谷氨酸产量。实验结果表明,当设定初始发酵条件为接种量10%,初始转速220 r/min,通风量8 L/min,pH值7.4,发酵过程中对转速、发酵液pH、风量进行联动控制调整,在发酵20 h后上调转速到250 r/min,DO低于20%风量提高到10 L/min,发酵液pH值由7.4降低至6.0左右时,对流加浓度为20%的氨水进行pH调整控制,维持pH值在7.0,65 h后发酵结束,可明显提高γ-聚谷氨酸产量,由未优化控制条件前的8.9 g/L提高到21.6 g/L。因此,通过对转速、pH、通风量的协同联动调整,γ-聚谷氨酸的产量有了较大幅度提升,将为后期的扩大化生产奠定基础。     

γ-聚谷氨酸发酵培养基的Plackett-Burman法优化

以一株γ-聚谷氨酸高产菌——地衣芽孢杆菌GIM-P10为试验菌株,采用逐因子实验法确定γ-聚谷氨酸合成考察因素的参考范围,再采用Plackett-Burman设计法进行培养基的优化,10个实验因子中筛选到四个显著影响因子:柠檬酸、谷氨酸、K2HPO4和MgSO4·7H2O。另外,综合评价实验结果,表明γ-聚谷氨酸的产量与多糖含量呈负向关系,与细胞干重呈正向关系。利用Plackett-Burman设计法发酵产γ-聚谷氨酸可高达21.27g/L,为基础培养基的2倍以上。     

肥料增效剂γ-聚谷氨酸对小青菜产量和品质的影响

研究了γ-聚谷氨酸(γ-PGA)肥料增效剂对盆栽小青菜产量和品质的影响.结果表明:正常施肥条件下,施用50 mg/kg的γ-PGA可以显著提高小青菜叶绿素、地下部鲜质量,使小青菜地上部鲜质量最大增产幅度达8.8％,与对照相比差异显著;同时还可以明显提高土壤铵态氮的含量,氮肥利用率增加10.6％.施用100 mg/kg的γ-PGA与对照相比,可降低小青菜中的硝酸盐含量44.8％,维生素C(Vc)含量提高18.1％,小青菜品质达到最好;当减施15％质量的氮肥时,20 mg/kg的γ-PGA可提高氮肥利用率10.2％～11.6％,说明在肥料缺乏时γ-PGA对小青菜产量、品质的改善效果显著.     

枯草杆菌 SBS液体发酵联产血栓溶解酶和γ-聚谷氨酸

【目的】利用枯草芽胞杆菌(Bacillus subtilis SBS)进行联产血栓溶解酶和γ-聚谷氨酸研究【方法】本研究以实验室自行分离的Bacillus subtilis SBS为出发菌株,进行了液体发酵,通过正交实验研究了碳、氮源对血栓溶解酶和γ-聚谷氨酸联产的影响,并运用多种检测方法对产物进行了鉴定。【结果】在未添加谷氨酸的培养基中合成了γ-聚谷氨酸,表明该菌是非谷氨酸依赖型菌。合成血栓溶解酶的合适碳、氮源分别是可溶性淀粉和大豆蛋白胨,合成γ-聚谷氨酸的合适碳、氮源分别是蔗糖和NH4Cl。【结论】以蔗糖和大豆蛋白胨、NH4Cl分别作为碳源和氮源进行血栓溶解酶和γ-聚谷氨酸的联产。在蔗糖 10 g/L、大豆蛋白胨 20 g/L、NH4Cl 8 g/L时,血栓溶解酶酶活为 265±25 IU/mL,γ-聚谷氨酸产量为1.183±0.015 g/L,均接近了单独合成时的水平。     

一株产絮凝剂芽孢杆菌的分离及成份分析

从超高压灭菌的哈密瓜汁中筛选出一株具有高絮凝活性的芽孢杆菌。经形态及生理生化指标测试,初步确定该菌株为Bacillussp.B53。对此菌产生的絮凝活性成分纯化后经高效液相色谱、薄层层析分析表明该絮凝活性物质是聚γ谷氨酸,产量达到12.48g/L,该物质仅由谷氨酸组成,在212nm处有最大吸收峰,电泳结果表明Bacillussp.B53所产聚γ谷氨酸是分子量集中在440～669kD之间的多分子量聚集体,该絮凝剂有效地絮凝各种无机和有机的介质,高岭土和Ca(OH)2效果明显。     

新型γ-聚谷氨酸自组装纳米胶束的制备及用于蛋白载体的研究

对水溶性的γ-聚谷氨酸(γ-PGA)进行了接枝改性,合成了两亲性γ-聚谷氨酸(γ-PGA)接枝衍生物,采用超声探头法制备胆甾醇基γ-PGA自组装胶束,并以卵清蛋白(OVA)作为模型蛋白,研究其载药和释药性能.结果表明,制备的两亲性胆甾醇基γ-PGA自组装胶束平均粒径为299.6+ 27.3nm,粒径的多分散系数较窄(0.17),且具有较低的细胞毒性;其疏水核-亲水壳的纳米微结构对蛋白药物显示了良好载药性能,对OVA载药量可达118.8 μg/mg,包封率33.5％;体外释药结果显示,负载OVA的甾醇基γ-PGA自组装胶束能延缓蛋白的释放,释药速率与介质pH密切相关.     

微生物合成的聚谷氨酸及其应用

γ-聚谷氨酸是一种全天然的、可食用的、具有多功能性的阴离子聚合物,可由微生物发酵合成.随着材料科学、聚合物化学和生物医学的不断发展和紧密融合,生物可降解高分子材料的研究得到长足发展,γ-聚谷氨酸的开发研究则日益深入.但国内研究仍处于实验室阶段,还未实现工业化生产.介绍了Υ-聚谷氨酸的结构、理化性质及其影响因素,综述了其合成菌株、培养方法、相关基因及在医药、食品、化妆品、农业、工业等方面的应用.     

谷氨酸棒杆菌一步法发酵糖质原料生产γ-聚谷氨酸

γ-聚谷氨酸在食品、化妆品、生物医药等领域具有广泛的应用,目前主要的生产菌株是谷氨酸依赖型菌株,在生产过程中需要添加谷氨酸作为前体,因而生产γ-聚谷氨酸的成本较高。文中主要研究从糖质原料一步法发酵合成γ-聚谷氨酸的生产工艺。首先,从产γ-聚谷氨酸的菌株枯草芽孢杆菌中克隆γ-聚谷氨酸合成酶的基因簇pgs BCA,在谷氨酸棒杆菌模式菌株ATCC13032中进行诱导型和组成型表达,结果显示,仅诱导型表达菌株可以积累γ-聚谷氨酸,产量为1.43 g/L。进一步对诱导条件进行优化,确定诱导时间为2 h,IPTG浓度为0.8 mmol/L,γ-聚谷氨酸产量为1.98g/L。在此基础上,在一株高产谷氨酸的谷氨酸棒杆菌F343中外源表达pgs BCA,对重组菌进行发酵,结果表明,在摇瓶发酵中γ-聚谷氨酸产量达到10.23g/L,在5L发酵罐中产量达到20.08g/L;继而对γ-聚谷氨酸进行分子量测定,结果显示,产自F343重组菌的γ-聚谷氨酸的重均分子量比产自枯草芽孢杆菌的提高34.77%。文中构建了一步法发酵糖质原料生产γ-聚谷氨酸的新途径,同时为开发其潜在应用奠定了基础。     

γ-聚谷氨酸生产菌的选育及培养条件研究

从土壤中筛选分离到1株γ聚谷氨酸的生产菌株yt102,初步鉴定为枯草芽孢杆菌;以此为出发菌株采用紫外线(UV)、亚硝基胍(NTG)进行复合诱变,获得1株γ聚谷氨酸高产突变株,突变株连续传代10次,发酵性能稳定;通过单因素和正交试验确定培养基的最佳组成,在最优条件下,γ聚谷氨酸的平均产量可达28.5 g/L。     

γ-聚谷氨酸-D-半乳糖酯化衍生物-顺铂复合物的制备及其肝靶向性分析

制备一种γ-聚谷氨酸-D-半乳糖酯化衍生物-顺铂复合物［Poly (γ-glutamic acid)D-galactose esterifiable derivative-Cisplatin Complex Compound,γ-D+-DDP］,并考察其体内靶向性。通过生物发酵获得大分子γ-聚谷氨酸［Poly (γ-glutamic acid),γ-PGA］,利用酸降解得到可以作为药物载体的小分子γ-聚谷氨酸;利用凝胶色谱柱检验小分子γ-聚谷氨酸的分子量;利用HPLC检测释放的游离顺铂含量,得到复合物在小鼠体内靶向性分布情况;利用HE组织切片染色,观察脏器受损伤情况及靶向分布。实验结果表明：成功获得γ-聚谷氨酸-D-半乳糖酯化衍生物-顺铂复合物,该复合物载药率达9.4%~10.2%;HPLC结果表明注射复合物后,肝脏中药物显著增加而肾脏中药物分布明显减少,大大减少了肾毒性,肝靶向作用明显。因此,γ-聚谷氨酸-D-半乳糖酯化衍生物-顺铂复合物是一种有效的具有肝靶向性的抗肿瘤药物,具有潜在的临床应用价值;通过生物发酵获得的γ-聚谷氨酸可用于药物载体,赋予药物新的特点。介绍了制备一种γ-聚谷氨酸-D-半乳糖酯化衍生物-顺铂复合物[Poly (γ-glutamic acid)-D-galactose esterifiable derivative -Cisplatin Complex Compound,（γ-D+-DDP）],并考察其体内靶向性。通过生物发酵获得大分子γ-聚谷氨酸[Poly (γ-glutamic acid),γ-PGA],利用酸降解得到可以作为药物载体的小分子γ-聚谷氨酸;利用凝胶色谱柱检验小分子γ-聚谷氨酸的分子量;利用HPLC检测释放的游离顺铂含量,得到复合物在小鼠体内靶向性分布情况;利用HE组织切片染色,观察脏器受损伤情况及靶向分布。实验结果表明：成功获得γ-聚谷氨酸-D-半乳糖酯化衍生物-顺铂复合物,该复合物载药率达9.4% ~10.2%;HPLC结果表明注射复合物后,肝脏中药物显著增加而肾脏中药物分布明显减少,大大减少了肾毒性,肝靶向作用明显。因此,γ-聚谷氨酸-D-半乳糖酯化衍生物-顺铂复合物是一种有效的具有肝靶向性的抗肿瘤药物,具有潜在的临床应用价值;通过生物发酵获得的γ-聚谷氨酸可用于药物载体,赋予药物新的特点。