Pseudomonas sp.F-12发酵优化及转化合成半胱氨酸的研究

通过不同发酵策略对Pseudomonas sp.F-12以DL-2-氨基-△2-噻唑啉-4-羧酸(DL-ATC)为底物生产L-半胱氨酸的过程进行优化,以分批发酵和指数流加发酵的形式进行生产,将发酵过程中的DL-ATC浓度分别控制在5 g/L和15 g/L。结果表明15 g/L DL-ATC分批发酵生产L-半胱氨酸得到最高酶活为149.1 U/mL,比活为70.9 U/mg DCW;采用15 g/L DL-ATC两阶段指数流加发酵,可使最高酶活达到313.3 U/mL,提高为分批发酵的2.1倍。同时在两阶段发酵过程中,能减少DL-ATC用量为5 g/L。两阶段发酵过程采用不同流加策略,证明菌体得率对酶活水平有显著影响。首次考察了Pseudomonas sp.F-12全静息细胞转化合成L-半胱氨酸的主要影响因素。结果表明Pseudomonas sp.F-12的最适转化pH为8.0,最适转化温度为30℃。加入甲苯等有机溶剂改变细胞膜通透性,使得半胱氨酸产量比对照组提高7.16倍,最高摩尔转化率达到93.3%。不同金属离子对转化影响不同,0.1 mmol/L Fe2+对转化反应有促进作用,0.1 mmol/L Co2+、Zn2+、Ni2+等重金属离子有抑制作用。研究结果为微生物法发酵及全细胞转化合成半胱氨酸的后续工业化奠定了基础。     

1,3-丙二醇产生菌的诱变育种及培养基优化

以实验室自然筛选的克雷伯氏杆菌(Klebsiella sp.)为出发株,采用紫外诱变及亚硝基胍和超声波协同处理获得一株1,3-丙二醇高产突变株。在摇瓶发酵中,其产1,3-丙二醇产量由17.39 g/L提高到24.11 g/L,提高38.64%。变异株经10次传代培养,发酵能力稳定。对发酵培养基成分进行了优化,优化后1,3-丙二醇产量为30.05g/L,为优化前的1.25倍。     

响应面法优化纤维堆囊菌SoF5-76产埃博霉素B发酵培养基

以纤维堆囊菌SOF5-76为试验菌株,用响应面分析法对其产埃博霉素B的培养基进行优化,以提高埃博霉素B的产量。在单因素试验的基础上,利用Plackett-Burman筛选出对埃博霉素B产量有显著影响的3个因素为马铃薯淀粉、脱脂奶粉和无水氯化钙,在此基础上通过最陡爬坡试验逼近最佳响应面区域;再运用Box-Behnken试验设计和响应面分析法进行回归分析,确定重要因素的最优浓度。得到最佳发酵培养基为:马铃薯淀粉3.9 g/L、脱脂奶粉2.2 g/L、无水氯化钙1.3 g/L、葡萄糖1 g/L,豆饼粉1.5g/L,七水硫酸镁2.5 g/L,EDTA-Fe3+3 mL/L,微量元素(TE)0.5 mL/L,VB121 mL/L。在此最优条件下发酵埃博霉素B的产量为29.95 mg/L,与模型预测值接近,发酵产量比优化前提高了1.1倍。     

高产吩嗪-1-羧酸（PCA）假单胞菌株M18G发酵优化模型的构建

吩嗪-1-羧酸（phenazine-1-carboxylic acid, PCA）是促进根际生长假单胞菌分泌的重要抗菌物质。采用Plackett-Burman（PB）设计和响应面法（response surface method, RSM）对假单胞菌株M18（Pseudomonas sp. M18）的gacA基因突变株M18G的次级代谢产物PCA发酵的营养条件进行建模。运用Plackett-Burman（PB）设计试验,从12个营养成分中筛选出4个关键的组分,进而采用RSM 法对这4个因素进行中心组合设计试验,建立回归方程并进行统计学分析,绘制各营养因子之间的关系图。实验结果表明：建立的模型能合理地模拟并优化发酵中各参数及其浓度,确定发酵培养基的成分和浓度为：黄豆粉33.4g/L,葡萄糖12.7g/L,大豆蛋白胨10.9g/L和乙醇13.8 g/L, M18G菌株经60 h发酵培养,最高PCA产率能达到1.89 g/L,比优化前提高了6倍左右。各营养因子的等值线图表明黄豆粉和乙醇在PCA高产发酵中起到更为关键的作用,因此提供了提高PCA发酵产量的有效方法,并为其未来商业化应用奠定了基础。     

耦合培养法对10-DAB产量的影响

[目的]比较红豆杉内生真菌单独发酵和耦合发酵对10-DAB产量的影响,以获得10-DAB产量较高的发酵方法。[方法]比较了红豆杉枝条、产10-DAB菌株Trichoderma sp.单独发酵、红豆杉愈伤组织、红豆杉枝条和产10-DAB菌株Trichoderma sp.耦合发酵、红豆杉愈伤组织和产10-DAB菌株Trichoderma sp.耦合发酵5种方法 10-DAB的产量,用HPLC-MS方法验证产有10-DAB并检测其浓度。[结果]5种方法获得10-DAB浓度分别为274.6μg/m L、154.3μg/m L、189.4μg/m L、887.5μg/m L、684.7μg/m L,其中红豆杉枝条和产10-DAB菌株Trichoderma sp.耦合发酵浓度最高达887.5μg/m L,为耦合发酵法生产10-DAB奠定基础。[结论]利用红豆杉枝条与产10-DAB菌株耦合发酵生产10-DAB的产量要比菌株单独发酵的产量高出2.2倍。     

4,4,4-三氟乙酰乙酸乙酯羰基还原酶产生菌的筛选及产酶条件研究

对实验室保藏菌种进行筛选,得到一株葡萄汁酵母Saccharomyces uvarum SW-58,对其产酶条件进行优化,其发酵培养基组成:醋酸钠60 g/L,玉米浆30 g/L,KH2PO46 g/L,MgSO4.7H2O 1 g/L;培养条件为:发酵温度30℃,初始pH 6.0,发酵周期36 h。4,4,4-三氟乙酰乙酸乙酯羰基还原酶酶活最高可达388.1 U/L,产物的浓度由优化前的3.5 g/L提高到4.6 g/L,所得产物的光学纯度由优化前的60.8%e.e.提高到85.0%e.e。     

过程优化提高解脂亚洛酵母积累α-酮戊二酸

目前,应用解脂亚洛酵母发酵生产α-酮戊二酸由于产量和底物转化率低、生产周期长等问题,仍未大规模工业化生产。为了解决这些问题,以研究室诱变选育获得的1株高产α-酮戊二酸的解脂亚洛酵母Yarrowia lipolytica WSH-Z06 C3为出发菌株,考察了该菌株在50 L发酵罐中转速、碳酸钙浓度、溶氧以及补料方式(多节点补料、恒速补料)等因素对α-酮戊二酸积累的影响。结果表明,当转速为300 r/min时,α-酮戊二酸和丙酮酸的产量分别为32.4 g/L和19.66 g/L;碳酸钙质量浓度为20 g/L时,α-酮戊二酸的产量提高至38.55 g/L,丙酮酸降低至8.28 g/L;控制溶氧水平在50%时,α-酮戊二酸产量为42.39 g/L,此时丙酮酸为6.22 g/L。比较高初始甘油浓度和不同的补料发酵策略,发现恒速补料效果最好,发酵144 hα-酮戊二酸产量达到66.27 g/L,丙酮酸产量为20.82 g/L。通过上述发酵过程参数的优化,α-酮戊二酸的产量和底物的转化率比未优化前分别提高了67.3%和4.56%,为解脂亚洛酵母工业化生产α-酮戊二酸提供一定参考。     

茴香酸产生菌发酵条件的优化

为提高微生物降解反式茴脑获得茴香酸的产量,对假单胞菌Pseudomonas sp.NT2的发酵参数进行优化,以提高降解过程的转化率。利用单因素试验考察碳氮源种类及浓度、反式茴脑添加量、发酵温度、接种量、初始pH以及装液量对茴香酸生成量、反式茴脑降解率的影响,通过Plackett-Burman试验和最陡爬坡试验确定影响茴香酸生成量的显著因素并获取中心点,最后采用Box-Behnken模型进行响应面优化得到最佳发酵条件并验证。结果表明氯化铵浓度、初始pH和装液量是显著影响因素,最佳发酵条件为:柠檬酸钠10 g/L,氯化铵1.26 g/L,反式茴脑添加量1%,发酵温度30℃,接种量4%,初始pH 7.9,装液量42 mL/250 mL。优化后茴香酸生成量为7.24 g/L,为优化前的3.5倍,茴香酸摩尔生成率为80.72%,反式茴脑降解率为89.81%,分别比优化前提高了270.28%和97.78%。综上,假单胞菌NT2是生物转化生产茴香酸的潜力菌株。响应面优化可以显著提高反式茴脑的降解率和茴香酸产量,这为大规模生产茴香酸奠定了基础。     

皮状丝孢酵母B3利用木薯淀粉发酵生产微生物油脂

对皮状丝孢酵母B3以木薯淀粉水解液为碳源发酵生产微生物油脂培养条件进行了优化,并在2 L发酵罐中对菌体生长和油脂积累进行了考察。摇瓶实验表明,木薯淀粉水解液的浓度高于90 g/L时不利于菌体的生长和油脂积累,皮状丝孢酵母B3发酵生产微生物油脂的最适氮源及其浓度、最适C/N比和pH分别为酵母提取物3.0 g/L、116、6.0,在此条件下培养144 h菌体生物量、油脂产量和油脂含量分别达到15.2 g/L、6.22 g/L和40.9％;在2 L发酵罐中分批发酵44 h后菌体生物量、油脂产量和油脂含量分别达28.7 g/L、12.27 g/L和42.8％。以皮状丝孢酵母B3所产油脂制备生物柴油,其主要组成包括棕榈酸甲酯、硬脂酸甲酯、油酸甲酯、亚油酸甲酯等,且理化特性符合相关国家标准,可作为一种有潜力的化石燃料替代品。     

发酵条件优化及基因簇加倍对厦门霉素生物合成的影响

【目的】优化发酵培养条件及加倍xim基因簇,提高厦门霉素的产量。【方法】采用单因素添加:C源(鼠李糖、葡萄糖酸)、无机N源(KNO3)、稀有金属元素(Sc Cl3)及A-Factor(γ-丁内酯),优化适宜厦门链霉菌318菌株产生厦门霉素的培养条件;通过位点特异性整合将厦门霉素生物合成基因簇进行加倍,构建高产的基因工程菌株厦门链霉菌318Pls1,并对其培养基进行了正交实验优化。【结果】与初产量(15 mg/L)相比,在GYM培养基中进行单因素添加可使318菌株的厦门霉素产量达到20 mg/L;而基因簇加倍菌株318Pls1在GYM培养基上的厦门霉素产量可达35 mg/L,在正交实验优化后的9#培养基中厦门霉素产量可达76.15 mg/L。【结论】对厦门霉素的发酵培养条件进行了优化,并通过基因簇过表达获得了生物合成能力提高的菌株,为进一步提高其产量奠定了基础。     

脱硫工程菌的构建及其脱硫性能分析

以专一性脱硫菌德氏假单胞菌Pseudomonas delafieldii R-8为出发菌株, 利用pPR9TT穿梭质粒构建脱硫操纵子表达载体, 转化原始菌培养得到1株多拷贝脱硫基因的脱硫工程菌R-8-1, 并对其脱硫性能进行了研究。结果表明, 在同样的生物催化脱硫反应条件下, 工程菌的脱硫活性达到6.25 mmol DBT/g dry cell/h, 是原始菌的2倍; 柴油的脱硫试验表明, 在12 h内工程菌静息细胞能将柴油硫含量从310.8 mg/L降至100.1 mg/ L, 脱硫率达到68%, 而原始菌为53%。进一步比较了重组质粒pPR-dsz在工程菌株中传代的稳定性, 试验表明pPR-dsz在工程菌株R-8-1中具有良好的遗传稳定性。此研究为生物脱硫提供了1株优良的工程菌株, 并为该技术的应用提供了参考。     

黄瓜枯萎病拮抗放线菌的筛选、鉴定及发酵条件优化

【背景】黄瓜枯萎病是由尖孢镰刀菌(Fusarium oxysporum f. sp. cucumerinum)黄瓜专化型引起的土传真菌性病害,严重制约着黄瓜产业的发展。【目的】从河西走廊敦煌地区盐碱土壤中分离筛选出一株对黄瓜枯萎病病菌有良好拮抗效果的放线菌菌株,探究其分类地位及其最优发酵条件。【方法】采用稀释平板涂布法分离放线菌,平板对峙法、抑制菌丝生长速率法筛选拮抗菌株,通过培养特征、生理生化试验及16SrRNA基因序列分析确定其分类地位,利用单因素试验和正交试验方法确定其最优发酵配方及培养条件。【结果】菌株16-3-10鉴定为链霉菌属(Streptomyces sp.)菌株,最优发酵配方(g/L):小米10.0,乳糖20.0,蛋白胨1.0,NaCl 5.0,CaCO3 6.0,最优发酵条件:培养温度28°C,装瓶量50/250 mL,培养3 d,起始pH 10.0,抑菌率达82.50%,比优化前增加153.43%。【结论】菌株16-3-10对黄瓜枯萎病病菌具有显著的拮抗效果,有较好的应用前景。     

Molecular cloning of a malyl coenzyme A lyase gene from Pseudomonas sp. strain AM1, a facultative methylotroph

A genomic library containing HindIII partial digests of Pseudomonas sp. strain AM1 DNA was constructed in the broad-host-range cosmid pVK100. PCT57, a Pseudomonas sp. strain AM1 methanol mutant deficient in malyl coenzyme A lyase activity, was complemented to a methanol-positive phenotype by mobilization of the pVK100 library into PCT57 recipients with the ColE1/RK2 mobilizing plasmid pRK2013. Six different complemented isolates all contained a recombinant plasmid carrying the same 19.6-kilobase-pair Pseudomonas sp. strain AM1 DNA insert. Subcloning and complementation analysis demonstrated that the gene deficient in PCT57 (mcl-1) was located in a 1.6-kilobase-pair region within a 7.4-kilobase-pair EcoRI-HindIII fragment.     

大肠杆菌甘油激酶基因(glpK)和甘油脱氢酶基因(gldA)的敲除及其对甘油产量的影响

利用Red重组系统构建了大肠杆菌JM109甘油激酶基因(glpK)和甘油脱氢酶基因(gldA)缺失的双突变菌株JM109B,然后将表达酿酒酵母3-磷酸甘油脱氢酶基因(GPD1)和3-磷酸甘油酯酶基因(HOR2)的质粒pSE-gpd1-hor2转化到JM109B突变菌株中,在含1%葡萄糖的摇瓶发酵培养基中37℃发酵24 h,甘油的最高产量为5.61 g/L,是原始菌株JM109/pSE-gpd1-hor2甘油产量的1.59倍;在30 L发酵罐中发酵28 h,甘油的最高产量为103.12 g/L,是原始菌株JM109/pSE-gpd1-hor2甘油产量的1.59倍,是原始菌株BL21/pSE-gpd1-hor2甘油产量的1.41倍,葡萄糖转化率为50.39%。     

基因重组大肠杆菌表达血红素加氧酶-1及培养条件优化

【背景】血红素加氧酶-1 (HO-1)具有抗氧化应激、抗凋亡和抗纤维化等多种生理效应,有望成为一种新型药物应用于临床疾病的治疗。【目的】构建表达HO-1的基因重组大肠杆菌(Escherichiacoli),并优化其表达培养条件,实现HO-1高产率的表达。【方法】PCR法克隆集胞藻(Synechocystissp.)PCC6803的HO-1基因(ho1),构建重组质粒pET-28a-ho1,转化大肠杆菌BL21(DE3)菌株,单因素实验优化表达培养基的种类、诱导剂添加时间、诱导培养时间、诱导剂浓度和诱导培养温度。【结果】构建了表达HO-1的基因重组大肠杆菌BL21(DE3)/pET-28a-ho1菌株,用甘油(GY)培养基培养至菌体浓度OD_(600)约为0.8时,加入终浓度为0.1 mmol/L的IPTG诱导,30°C诱导培养6 h,HO-1的表达量最高,Ni-NTA柱分离纯化得到的HO-1收率占细胞总蛋白的10.9%。【结论】获得了可溶性表达HO-1的基因重组大肠杆菌及其较佳的培养条件,为进一步研究集胞藻来源的HO-1的酶学性质和应用奠定了基础。     

Degradation of 3-phenoxybenzoic acid in soil by Pseudomonas pseudoalcaligenes POB310(pPOB) and two modified Pseudomonas strains.

Pseudomonas pseudoalcaligenes POB310(pPOB) and Pseudomonas sp. strains B13-D5(pD30.9) and B13-ST1(pPOB) were introduced into soil microcosms containing 3-phenoxybenzoic acid (3-POB) in order to evaluate and compare bacterial survival, degradation of 3-POB, and transfer of plasmids to a recipient bacterium. Strain POB310 was isolated for its ability to use 3-POB as a growth substrate; degradation is initiated by POB-dioxygenase, an enzyme encoded on pPOB. Strain B13-D5 contains pD30.9, a cloning vector harboring the genes encoding POB-dioxygenase; strain B13-ST1 contains pPOB. Degradation of 3-POB in soil by strain POB310 was incomplete, and bacterial densities decreased even under the most favorable conditions (100 ppm of 3-POB, supplementation with P and N, and soil water-holding capacity of 90%). Strains B13-D5 and B13-ST1 degraded 3-POB (10 to 100 ppm) to concentrations of <50 ppb with concomitant increases in density from 10(6) to 10(8) CFU/g (dry weight) of soil. Thus, in contrast to strain POB310, the modified strains had the following two features that are important for in situ bioremediation: survival in soil and growth concurrent with removal of an environmental contaminant. Strains B13-D5 and B13-ST1 also completely degraded 3-POB when the inoculum was only 30 CFU/g (dry weight) of soil. This suggests that in situ bioremediation may be effected, in some cases, with low densities of introduced bacteria. In pure culture, transfer of pPOB from strains POB310 and B13-ST1 to Pseudomonas sp. strain B13 occurred at frequencies of 5 x 10(-7) and 10(-1) transconjugant per donor, respectively. Transfer of pPOB from strain B13-ST1 to strain B13 was observed in autoclaved soil but not in nonautoclaved soil; formation of transconjugant bacteria was more rapid in soil containing clay and organic matter than in sandy soil. Transfer of pPOB from strain POB310 to strain B13 in soil was never observed.     

Cloning and expression of an agarase gene from a marine bacterium Pseudomonas sp. w7

Two different agarase genes (pSW1, pSW3) were cloned from a marine bacterium Pseudomonas sp. W7 into E. coli JM83 using the multicopy plasmid vector pUC19. Two cloned strains of recombinant E. coli which showed the agarase activity were obtained and were named E. coli JM83/pSW1 and E. coli JM83/pSW3. These strains had the insert fragment of 3.7kb and 3.0kb, respectively. The N-terminal amino acid sequence of the agarase containing the recombinant plasmid pSW3 was determined and the sequence did not show homology to any other known agarases. The optimum pH and temperature of the agarases from the cloned strains, E. coli JM83/pSW1 and pSW3, were 6.0, 7.0 and 30°C, 40°C, respectively.     

Oxidation of carbazole to 3-hydroxycarbazole by naphthalene 1,2-dioxygenase and biphenyl 2,3-dioxygenase

Abstract Naphthalene 1,2-dioxygenase from Pseudomonas sp. NCIB 9816-4 and biphenyl dioxygenase from Beijerinckia sp. B8/36 oxidized the aromatic N-heterocycle carbazole to 3-hydroxycarbazole. Toluene dioxygenase from Pseudomonas putida F39/D did not oxidize carbazole. Transformations were carried out by mutant strains which oxidize naphthalene and biphenyl to cis -dihydrodiols, and with a recombinant E. coli strain expressing the structural genes of naphthalene 1,2-dioxygenase from Pseudomonas sp. NCIB 9816-4. 3-Hydroxycarbazole is presumed to result from the dehydration of an unstable cis -dihydrodiol.     

在乳酸乳球菌中表达外源谷氨酰胺转胺酶显著改善宿主菌好氧生长性能

为改善乳酸乳球菌的生长性能,以轮枝链霉菌染色体DNA为模板,扩增得到编码谷氨酰胺转胺酶成熟酶的基因mtg,将其克隆到质粒pNZ8148中,电转化乳酸乳球菌NZ9000,获得乳酸乳球菌NZ9000(pFL001)(重组菌)。在不控制pH条件下,重组菌的胞外pH显著高于对照菌NZ9000(pNZ8148);前者的最高生物量可达4.13gL,而后者只有0.34gL。在控制pH为6.5±0.1的条件下,重组菌最高生物量为4.73gL,对葡萄糖的菌体最高平均得率为71.1gmol,而相同条件下对照菌最高生物量为2.6gL,对葡萄糖的菌体最高平均得率为27.3gmol。由此表明,重组菌与对照菌相比,好氧生长性能得到显著改善。可能的原因是mtg的活性表达升高了重组菌的胞内pH,原先用于泵出胞内H 所需的部分能量可能因此得到节省,这样相应增加了用于细胞生长的能量。     

利用重组大肠杆菌生产α-环糊精葡萄糖基转移酶

将来源于软化类芽孢杆菌（Paenibacillus macerans）的α-环糊精葡萄糖基转移酶（α-CGT）基因插入含pelB信号肽的质粒pET-20b（＋）中,构建了表达载体pET-20b（＋）／cgt,并将其转化表达宿主E.coli BL21（DE3）。对重组菌E．coli BL21／pET-cgt进行摇瓶发酵条件的优化,确定了其胞外表达α-CGT酶的最适条件：葡萄糖8g/L,乳糖0．5g/L,蛋白胨12g/L,酵母膏24g/L,K2HPO472mmol／L,KH2PO417mmol／L,CaCl2 2．5mmol／L;初始pH为7．0,诱导温度为25℃。在该条件下培养90h后最终α-CGT酶的胞外比活达到22．1u／mL,与来源菌Pmacerans所产天然酶比活相比提高了42倍,实现了α-CGT酶的高效生产。将基因工程菌在上述条件下于3L发酵罐中发酵,90h后胞外酶比活达到22．6U／mL,证实了工业化放大的可能性。