大肠杆菌分解代谢产物阻遏效应研究进展

细菌在多种碳源共存的环境中优先利用一种(通常是葡萄糖)的现象被称为分解代谢产物阻遏效应。国内现有分子生物学及相关课程教材普遍对该效应的机理解释不清甚至给出错误的解释。大肠杆菌葡萄糖-乳糖分解代谢产物阻遏效应产生的根本原因不是胞内葡萄糖的存在, 而是葡萄糖经PTS(Phosphoenolpyruvate: carbohydrate phosphotransferase system)系统向胞内运输同时藕联磷酸化的过程。磷酸向葡萄糖的传递导致PTS关键组分EⅡA^Glc去磷酸化形式的积累。该形式的EⅡA^Glc可以与质膜上本底表达的乳糖透性酶LacY结合, 阻止诱导物乳糖的吸收。cAMP的影响也是通过激活参与PTS系统的关键基因而加强了诱导物排斥作用。此外, 去磷酸化形式的EⅡBGlc和YeeⅠ对全局性转录阻遏蛋白Mlc活性的抑制也保证了PTS系统关键组分蛋白的基因表达。文章综述了近年来有关大肠杆菌分解代谢产物阻遏效应机理的最新研究进展, 并对相关教材有关这一内容的阐述提出了修改建议。     

敲除MIG1和SNF1基因对酿酒酵母共利用葡萄糖和木糖的影响

Mig1和Snf1是酿酒酵母葡萄糖阻遏效应的两个关键调控因子。为了提高酿酒酵母工程菌同时利用葡萄糖和木糖的能力,分别对MIG1和SNF1基因进行了单敲除和双敲除,并通过摇瓶发酵实验和RNA-Seq转录组分析,初步揭示了Mig1和Snf1可能影响葡萄糖和木糖共利用表达差异基因的层级调控机制。研究结果表明,MIG1单敲除对混合糖的共利用影响不大;SNF1单敲除会加快混合糖中木糖的利用而且葡萄糖和木糖可以被同时利用,这可能归因于SNF1单敲除会解除对一些氮分解代谢阻遏基因表达的抑制,从而促进了细胞对氮源营养的利用;进一步敲除MIG1,会解除更多氮分解代谢阻遏基因表达的抑制,以及一些碳中心代谢途径基因表达上调。虽然MIG1和SNF1双敲除菌株利用葡萄糖加快而利用木糖变慢,但是葡萄糖和木糖可以被同时利用,进而加快乙醇的积累。综上所述,MIG1和SNF1的敲除导致氮分解阻遏基因表达上调,有助于促进葡萄糖和木糖的共利用;解析Mig1和Snf1对氮分解阻遏基因的层级调控作用,为进一步提高葡萄糖和木糖的共利用提供新的靶点。     

解脂耶氏酵母细胞表面展示乳糖水解酶高效水解乳糖

乳糖是婴幼儿获取能量的重要碳源之一,但乳糖需要在乳糖酶的作用下水解成半乳糖与葡萄糖后才能被吸收。缺少乳糖分解酶的婴幼儿在摄入含乳糖的食品后,未被消化的乳糖会直接进入大肠,刺激大肠蠕动加快,造成一系列不适应症状即乳糖不耐症,我国属于乳糖不耐症高发国家。因此,解决乳糖的体外水解问题对减轻该症状有重要的意义。研究通过将β-半乳糖苷酶(也称为乳糖水解酶)表面展示在食品安全微生物解脂耶氏酵母(Yarrowia lipolytica)细胞表面,通过培养获得该酵母,然后直接利用酵母细胞来水解乳糖生成半乳糖与葡萄糖。采用该工程酵母细胞(HCY10),能在24小时内完全水解50g/L的乳糖,生成半乳糖与葡萄糖。该方法具有高效、简便的优点,能为乳糖的高效水解提供一条新的途径。     

利用根癌农杆菌T-DNA 插入突变寻找参与漆酶葡萄糖阻遏的关键基因

【目的】新型隐球酵母(Cryptococcus neoformans)是人类重要致病真菌,主要毒性因子之一漆酶的表达受葡糖糖阻遏,机制未知。本文拟寻找参与葡萄糖阻遏的关键基因。【方法】建立根癌农杆菌介导的转化方法(Agrobacterium tumefanciens-mediated transformation,ATMT)建立一个容量约200000的随即插入突变文库,在高浓度葡萄糖条件下从中筛选葡萄糖去阻遏的突变株。通过Southern确定突变株中T-DNA的拷贝数,利用反向PCR获得依赖葡萄糖的漆酶阻遏基因序列。【结果】筛选到了30株葡萄糖去阻遏突变株,Southern blot发现83%的葡萄糖去抑制突变株含有单个T-DNA拷贝。初步鉴定了可能参与漆酶阻遏的10个不同生物学功能基因,如参与碳水化合物的代谢,固醇的合成,几丁质的合成,GPI脂锚钩的合成等等。【结论】ATMT突变策略可以找到一些参与漆酶葡萄糖阻遏的关键基因,为理解漆酶在致病过程中的作用机制和工业改进漆酶活性提供参考。     

酵母中葡萄糖阻遏作用机制研究进展

大多数微生物通过一种复杂的机制来感知和传递环境中的葡萄糖变化并对其做出适当的反应。酵母细胞中，葡萄糖主要通过Snf1/Mig1信号通路来阻遏三羧酸循环、糖异生、乙醛酸循环和替代碳源代谢等相关基因的转录表达。木糖、半乳糖、蔗糖、乙醇和有机酸等替代碳源只有当环境中的葡萄糖消耗殆尽后才能重启代谢编程，进行替代碳源的利用。而葡萄糖去抑制对于提高现代微生物工业生产效率、解决环境与能源问题具有重要意义。本文综述了Snf1/Mig1信号通路阻遏机制以及相关转录因子的活性位点，具体介绍了多种替代碳源的应用以及其受葡萄糖阻遏的具体机制，总结提出了根据不同背景缓解或解除碳代谢阻遏的策略，以期为酵母菌现代化生产应用范围的扩大和效率的提高提供新思路。     

里氏木霉306生物合成t-PA的代谢调节机制的研究

对基因工程菌株里氏木霉 (Trichodermareesei) 30 6生物合成组织型纤溶酶原激活剂 (t PA)的代谢调节机制进行了研究。在基础发酵条件下 ,L 山梨糖、D 果糖、可溶性纤维素、CMC、麦芽糖、乳糖和棉子糖等单糖及多糖对t PA生物合成都有诱导作用 ,其中L 山梨糖的诱导效果最好 ,加量以 1 .0 %为宜。葡萄糖及其中间代谢产物对t PA的生物合成产生分解代谢物阻遏作用。纤维二糖在低浓度时可以促进t PA的生物合成而在高浓度时对t PA生物合成起反馈阻遏作用     

纳豆激酶产生菌——纳豆菌对木糖和葡萄糖的利用

在纳豆激酶 (Nattokinase,简称NK)发酵条件研究中 ,我们发现木糖是较葡萄糖更佳的产酶碳源。进一步的试验证明 ,NK的发酵菌种———Bacillussubtilisvar.natto在混合碳源中没有二次生长现象 ,对木糖和葡萄糖的吸收是同时的 ,且互不干扰 ,葡萄糖对木糖的吸收利用没有分解代谢阻遏。     

肠道菌共同抗原ECA(续一)

<正> 五、ECA的遗传学测定 阻遏ECA的一种成份的生物合成的突变,可能会阻遏ECA的合成,结果在菌种中丧失ECA。相反,测定已知突变种的ECA含量可以帮助推断ECA的组成。不幸的是,没有已知的选择ECA阴性突变种的方法,所有我们现在知道的这样的突变种不是间接地选到就是偶然地发现的。 在UDP-葡萄糖,UDP-半乳糖,和GDP-甘露糖(pmi)生物合成中有缺陷的突变种干扰LPS的合成,此点在沙门氏菌和大肠艾希氏菌中易于利用。用它们来研究ECA是否存在,结果这些菌株全都是ECA阳性,提     

大肠杆菌棉子糖操纵子a-半乳糖苷酶表达的调节控制

大肠杆菌棉子糖操纵子(raf)位于质粒,其第一结构基因rafA编码的a-半乳糖苷酶为诱导酶。Rat操纵子比乳糖操纵子(lac)或蜜二糖操纵子(mel)对诱导物有更严格的结构特异性。该酶被蜜二糖或棉子糖诱导,也被D-半乳糖微弱诱导,但不受乳糖、PNPG等结构相近糖所诱导。A-半乳糖苷酶的酶诱导形成能力在对数生长末期出现高峰。Rat 操纵子基因结构组成及调节与乳糖操纵子相似。以阻遏物为中介的负调控在raf操纵子调节中起主要作用,同时以环腺苷一代谢降解物基因激活蛋白(cAMP-CAP)为中介的正调控也参与调节。当0．4％葡萄糖加入到其它碳源培养基时,该酶表达水平下降至原活力的1／2—1／3。无论诱导或组成型酶的葡萄糖抑制均未见瞬时抑制。腺苷环化酶(cya)缺失或环腺苷受体蛋白(crP)和cya双缺陷菌株的酶表达则分别下降到原活力的9％和2．5％。Cya突变株或葡萄糖对raf操纵子表达的抑制可被cAMP解除,但cya和crP双缺陷菌株仍有葡萄糖抑制,而且这种抑制不为cAMP抵消,表明通过降低cAMp而影响cAMP-CAP复合体形成还不能解释代谢降解物抑制的全部机制。尚无证据说明吲哚类小分子化合物和低浓度尿素对raf操纵子表达的明显作用。     

氮和碳对北京棒状杆菌谷酰胺合成酶的调节作用

不同氮源对北京棒状杆菌谷酰胺合成酶(GS)形成的影响显著不同。高浓度的NH+4对GS的合成有阻遏作用,而谷氨酸或低浓度的NH+4对GS的合成有解阻遏作用。葡萄糖能促进GS的合成,但阻遏谷氨酸脱氢酶(GDH)的合成。     

瑞氏木霉木糖代谢关键酶基因在不同碳源条件下的表达

用20种不同的碳源(包括单一碳源和混合碳源)分别培养瑞氏木霉(Trichoderma reesei)QM9414。通过一系列Northern杂交分析检测瑞氏木霉木糖还原酶(XR),木糖醇脱氢酶(XDH)以及转醛醇酶(TAL)mRNA的表达情况。实验结果证实,槐糖和木二糖是xr和xdh表达的强诱导物,阿拉伯糖和乳糖也有较强的诱导作用。葡萄糖在培养基中的存在阻遏该二基因的表达。当葡萄糖耗尽以后,培养基中不存在任何诱导物的情况下,xr和xdh以一定的基础水平进行转录。相比较,tal基因在每种碳源上都是强表达。     

拟康氏木霉(Trichoderma pseudokoningii)UV III纤维素酶合成的诱导与阻遏

拟康氏木霉 (T .pseudokoningii)TH经紫外诱变获得一抗高浓度葡萄糖阻遏突变株UVIII,纤维素酶产量显著提高。研究表明 ,UVIII对诱导物的敏感性增加了 10 0倍 ,并且对葡萄糖的吸收能力明显下降 ,导致部分解除了葡萄糖阻遏作用 ,这可能都是该突变株产酶提高的原因     

红曲AS 3．3491葡萄糖淀粉酶生物合成的调节

红曲 Monascus AS 3.978的变异株 AS 3.3491曾是葡萄糖淀粉酶的工业生产菌株。本文报告的实验结果表明该菌株的葡萄糖淀粉酶是构成酶,它的形成受降解物阻遏的调控。AS 3.3491葡萄糖淀粉酶形成的时间过程属典型的产物形成与生长呈负相关的类型,即菌丝体生长停止后酶才开始大量形成。从培养基中除去过量易利用碳源可使葡萄糖淀粉酶形成消阻遏。各种可利用碳源以低浓度分别加到洗涤的菌丝体悬浮液中都能促进葡萄糖淀粉酶的形成,其中蜜二糖和半乳糖的促进作用最甚。在限制生长的条件下,即向洗涤菌丝悬浮液连续缓慢供给低浓度葡萄糖,则在整个培养过程中,葡萄糖淀粉酶的活力稳步上升,不需要任何诱导物,并且比酶形成值达到蜜二糖培养基的水平。因此,高浓度葡萄糖阻遏葡萄糖淀粉酶形成,但低浓度葡萄糖却促进酶的形成。     

酿酒酵母(Saccharomyces cerevisiae)半乳糖可诱导表达系统特性的研究

把大肠杆菌β-半乳糖苷酶基因克隆到带有酵母半乳糖可诱导启动子GAL1的穿梭表达质粒pYESZ中,并把得到的重组质粒分别转化到两种不同遗传性状的宿主菌中,其中一株菌为蛋白酶活性缺失90％以上的pep4－3突变菌株。通过比较两株重组菌产生的β-半乳糖苷酶活性水平发现在所述实验条件下,蛋白酶缺失突变菌株中产生的β-卜半乳糖苷酶活水平不仅均要高于另一对照菌株,并且pep4-3突变菌株表现出受葡萄糖阻遏的严紧程度高及对诱导反应迅速等特点。此外,带有重组质粒的pep4－3突变菌株在葡萄糖阻遏培养基中最大生长量和重组对照菌株基本相同,但β-半乳糖苷酶在pep4－3突变菌株中的表达对细胞生长的影响明显小于对照菌株。     

毕赤酵母碳源阻遏因子编码基因PpMIG1和PpMIG2的克隆与序列分析

通过MIG基因的同源性设计简并引物,采用PCR方法从毕赤酵母(Pichia pastoris)中成功克隆了两个MIG同源基因的核心片段,同时利用Genome Walking的方法获得了基因的全长及其侧翼序列,并分别命名为PpMIG1和PpMIG2.序列分析显示,PpMIG1基因全长1 335 bp,编码444个氨基酸;PpMIG2基因全长1 365 bp,编码454个氨基酸.这个两个基因所编码的蛋白质均与酿酒酵母碳源阻遏因子ScMig1同源,在氨基末端具有两个典型的C2H2锌指结构域,该结构域能够与受葡萄糖阻遏的许多基因的启动子相结合.PpMig阻遏因子的获得为毕赤酵母碳源阻遏机制的研究奠定了基础.     

酿酒酵母(Saccharomyces cerevisiae)半乳糖可诱导表达系统特性的研究

把大肠杆菌β一半乳糖苷酶基因克隆到带有酵母半乳糖可诱导启动子GALl的穿梭表达质粒pYES2中,并把得到的重组质粒分别转化到两种不同遗传性状的宿主菌中,其中一株菌为蛋白酶活性缺失90％以上的pep4-3突变菌株。通过比较两株重组菌产生的β一半乳糖苷酶活性水平发现在所述实验条件下,蛋白酶缺失突变菌株中产生的β一半乳糖苷酶活水平不仅均要高于另一对照菌株,并且pep4-3突变菌株表现出受葡萄糖阻遏的严紧程度高及对诱导反应迅速等特点。此外,带有重组质粒的pep4-3突变菌株在葡萄糖阻遏培养基中最大生长量和重组对照菌株基本相同,但β一半乳糖苷酶在pep4-3突变菌株中的表达对细胞生长的影响明显小于对照菌株。     

乳糖诱导丙酮酸羧化酶基因在大肠杆菌中的表达及对丁二酸产量的影响

大肠杆菌DC1515是敲除葡萄糖磷酸转移酶(ptsG)、乳酸脱氢酶(ldhA)、丙酮酸甲酸裂解酶(pflA)基因的菌株,具有发酵生产丁二酸的潜力。为进一步提高菌株DC1515的丁二酸生产能力,将枯草芽孢杆菌丙酮酸羧化酶(pyc)基因转入其中。用乳糖代替IPTG诱导pyc表达,确定了最佳乳糖加入时间、乳糖浓度及诱导温度。在此基础上,考察了补加乳糖对丁二酸产量的影响。结果表明:由于ptsG基因缺失,当培养基中葡萄糖浓度达到15g/L时,乳糖诱导作用并不受葡萄糖抑制。优化诱导条件后,pyc过表达菌株的丁二酸产量达15.17g/L,为对照菌株的1.78倍。间歇补加乳糖2次至浓度为1g/L,丁二酸产量可进一步增至17.54g/L。研究结果为以葡萄糖为底物生产丁二酸的过程中乳糖诱导外源基因在大肠杆菌中的表达奠定了基础。乳糖诱导降低了成本,有利于实现丁二酸发酵生产的工业化。     

生淀粉糖化酶催化位点氨基酸及酶合成调控的初步研究

通过对Rhizopus OR-1UVN菌种所产生淀粉糖化酶在不同底物不同缓冲溶液条件下酶最适pH的测定,推测出该生淀粉糖化酶活力中心催化位点氨基酸是天冬氨酸(Asp)和谷氨酸(Glu)。实验证明5～50mg/mL浓度葡萄糖对生淀粉糖化酶没有抑制作用。分别以浓度<5mg/mL葡萄糖和淀粉为碳源的培养基进行不同碳源发酵实验,发现以淀粉为碳源的培养基Ⅰ发酵15h开始产生淀粉糖化酶,以葡萄糖为碳源的培养基Ⅱ发酵35h开始产酶(葡萄糖浓度<8mg/mL),而且前者菌体较后者少,由此可知葡萄糖对产酶有阻遏作用。实验还发现解阻遏熟淀粉糖化酶的葡萄糖浓度(15mg/mL)比生淀粉糖化酶的要高。由于葡萄糖的阻遏作用不发生在翻译水平,而发生在转录水平上,而且生淀粉糖化酶(G1)与熟淀粉糖化酶(G2)来自同一条DNA链,可以推测存在mRNA的拼接。通过以生淀粉为碳源的比较实验,发现生淀粉对生淀粉糖化酶形成的诱导作用可能主要是通过mRNA拼接的调节来实现的。     

研究适应突变的一个新的实验系统

以鼠伤寒沙门菌嘌呤生物合成途径中一个反式调节基因purR的超阻遏突变体(purRS)为材料,利用该突变体在补加限量腺嘌呤和以乳糖为惟一碳源的NCE培养基上生长非常缓慢(不能形成菌落)的特性,观察到了编码阻遏蛋白的调节基因purR可在上述非致死选择条件下产生迟后突变现象.迟后突变体重建实验证明,此类突变体为非缓慢生长突变体;统计分析显示,迟后突变体呈Poisson分布,表明突变发生在选择平板上;共转导分析初步证明,迟后突变发生在被选择基因purR或purD 结构基因的cis元件16 bp PUR box.以上结果暗示,利用此实验系统观察到的迟后突变现象是与随机突变不同的适应突变的结果.将适应突变基因从碳代谢和氨基酸合成的结构基因扩大到编码阻遏蛋白的调节基因,既为适应突变的普遍性提供了新的证据,也为适应突变研究提供了一个新的实验系统.     

猴头菌水溶性多糖的分离纯化与结构表征

从猴头菌子实体中分离得到一种新型的水溶性杂多糖HEPF2,分子量大小为1.66′104Da,该多糖由岩藻糖、半乳糖和葡萄糖以1.00:3.69:5.42比例构成,同时也含有微量的3-O-甲基鼠李糖。进一步利用傅立叶变换红外光谱法、糖组成分析、甲基化分析、部分酸水解法和核磁共振法等方法进行结构鉴定,检测结果表明,该杂多糖中包含1→4、1→6结合的葡萄糖和1→6结合的半乳糖残基,连接于主链的侧链残基,包括岩藻糖残基、少数的端基葡萄糖和半乳糖残基。核磁共振法检测结果还表明,1→4结合葡萄糖为β构型,(1→6)结合半乳糖、(1→2,6)结合半乳糖和端基葡萄糖均为α构型。