工程改造龟裂链霉菌提高土霉素产量

土霉素是由龟裂链霉菌合成的一类广谱性抗生素,前期研究工作证明其生物合成受其自身途径特异性调控蛋白OtcR的直接调节,OtcR能够激活和促进土霉素合成基因簇的转录表达。在龟裂链霉菌M4018宿主内利用强启动子单独过表达OtcR蛋白,使土霉素的产量提高到原来产量的4倍;为了进一步提高土霉素产量,在M4108宿主内表达乙酰辅酶A羧化酶基因,提高其胞内土霉素合成的前体物丙二酸单酰辅酶A的含量。对出发菌株M4018进行工程改造,同时过表达途径特异性调控蛋白OtcR和乙酰辅酶A羧化酶,发酵检测改造后的重组工程菌株土霉素的产量由1.37g/L提高到9.09g/L,该研究策略对工程改造龟裂链霉菌提高土霉素的产量具有重要的指导意义。     

龟裂链霉菌RsigB基因提高大肠杆菌对环境胁迫的耐受性

龟裂链霉菌RsigB是与天蓝色链霉菌与枯草芽孢杆菌中的sigmaB基因同源的一个σ因子,其也可能为一种全局压力调控蛋白,在菌体遇到生长环境改变时起着重要的调控作用。本文以龟裂链霉菌基因组为模版,PCR扩增出RsigB基因,以pET28a为载体,构建重组质粒pET28aRsigB,并且转化至Escherichia coli BL21(DE3)中。将对照菌与重组子置于不同环境胁迫条件下培养,并用IPTG诱导蛋白表达,测其生长曲线,研究RsigB对于大肠杆菌对环境胁迫的耐受性的作用。结果表明,RsigB在大肠杆菌中的表达能够提高其对温度,高渗透压以及氧化还原压力的耐受性。RsigB的成功表达以及对于逆境的耐受性能为龟裂链霉菌中RsigB因子的功能以及机理研究提供实验基础。     

龟裂链霉菌zwf2基因阻断提高土霉素生物合成

葡萄糖-6-磷酸脱氢酶(G6PDH)是链霉菌磷酸戊糖途径中第一个酶("看家"酶),也是形成NADPH的关键酶,由zwf1和zwf2基因编码.以温敏型质粒pKC1139为基础构建了用于阻断龟裂链霉菌zwf2的重组质粒pKC1139-zwf2',通过大肠杆菌GM2929去甲基化pKC1139-zwf2'后电转至原始龟裂链霉菌M4018感受态细胞,筛选得到转化子.转化子进一步通过PCR鉴定和点杂交印迹分析鉴定,证明是zwf2基因阻断的阳性突变子命名为M4018-△zwf2.以原始菌株为对照,突变子摇瓶发酵结果表明:突变子的葡萄糖-6-磷酸脱氢酶酶活是原始菌的50%左右,但土霉素生物合成水平则提高了27%;在细胞生长方面,二者均在第4d进入生长稳定期而开始大量合成土霉素,发酵结束时细胞菌体浓度基本相同,但突变子的单位菌丝体土霉素生物合成能力则提高了31%.因此,zwf2的阻断有利于土霉素的生物合成,而对细胞生长没有明显影响.     

拮抗链霉菌S24 发酵培养基的优化及其对黄曲霉的抑菌作用

拮抗链霉菌S24对黄曲霉、赭曲霉、黑曲霉等粮食和饲料中常见的曲霉菌具有广谱抗性。优化了该菌株抗菌物质高产发酵培养基配方,并分析该菌株产生的抗真菌物质对黄曲霉的抑菌作用。通过单次单因子试验、正交试验,对S24菌株抗菌物质的发酵培养基进行了优化,利用显微镜观察,研究了S24菌株产生的抗菌物质对黄曲霉菌丝及孢子的抑制作用。获得适合S24菌株抗菌物质产生的最佳培养基配方为：淀粉10 g、葡萄糖40 g、黄豆饼粉24 g、酵母浸膏粉8 g、KH2PO4 4 g、CaCO3 0.8 g、水 1 L。优化后的发酵培养基     

康宁木霉对龟裂链霉菌MY02诱导活性及其诱导组分的初步分析

利用真菌作为诱导菌株评价其对龟裂链霉菌(Streptomyces rimosus) MY02的活性代谢产物的影响,并对其诱导条件进行优化。当以康宁木霉(Trichoderma koningii)和香菇真菌(Lentinus edodes)作为诱导菌株,黄瓜枯萎病菌(Fusarium oxysporum f sp.cucumarinum)作为指示菌,以菌株MY02作为被诱导菌株时,康宁木霉和香菇真菌对菌株MY02的抗真菌活性均具有明显的正向诱导作用,菌株MY02的抗真菌活性均比对照明显增强。以康宁木霉作为诱导菌株时,其最佳诱导条件为接种量2%,添加时间为发酵36 h。通过初步分析康宁木霉的诱导组分为其发酵产生的多糖类物质。     

天蓝色链霉菌代谢物组测定方法优化及其代谢特征

链霉菌能够产生多种抗生素,具有重要的研究与应用价值。代谢物组学能够定性和定量测定胞内外主要低分子量代谢产物。相对于其他组学,代谢物组学在监控胞内代谢状态、指导物种理性改造方面具有独特优势。本文旨在建立一种快速、准确的链霉菌胞内代谢物分析方法。以模式菌株天蓝色链霉菌为研究对象,基于GC-MS分析平台优化了代谢物组学样品制备流程中的细胞淬灭时间、菌体分离方法、代谢物提取及代谢物衍生化条件,并利用该方法对天蓝色链霉菌不同生长时期各代谢途径的相对活性进行了初步分析。采用"低温淬灭(–40℃,4 min)-快速过滤分离-反复冻融(45 s/3 min)-衍生化(40℃,90 min)"的流程能够鉴定出中心代谢途径(糖酵解、戊糖磷酸途径和TCA循环)、氨基酸代谢途径、脂肪酸代谢途径、核酸代谢途径及部分次级代谢途径中的103种主要代谢物。利用该流程测定发现天蓝色链霉菌细胞生长周期中存在显著的代谢时序差异,并且发现氨基酸与脂肪酸代谢在衔接初级代谢与次级代谢生物合成中具有重要作用。本研究建立的测定方法能够有效地用于天蓝色链霉胞内代谢物分析,该方法将有助于深入刻画链霉菌细胞代谢过程,为菌株代谢工程改造增加次级代谢产物产量提供理性指导。     

阿维链霉菌发酵培养基的优化

通过优化发酵过程中培养基的组成使得阿维链霉菌的发酵单位及有效组分Bla含量提高。采用单因子试验法及均匀设计试验法分析各种营养成分及其配比对阿维链霉菌Co39-15发酵单位和有效组分Bla含量的影响。获得最佳的种子培养基和发酵培养基配方,发酵单位及有效组分Bla含量比原来的发酵水平分别提高了20%～30%、8%～10%。利用单因子试验法及均匀设计试验法对抗生素的发酵培养基进行优化,是一种快速、效果显著的方法。     

龟裂链霉菌中zwf基因的克隆及其生物信息学分析

利用RT-PCR技术、巢式PCR技术、3′-RACE和5′-RACE技术从龟裂链霉菌K-16菌株中克隆获得zwf基因的全长cDNA序列。测序结果表明：经软件Vector NTI 11.0拼接zwf基因全长cDNA序列为1 679 bp,并带有一段很短的poly(A)尾巴,包含1 347 bp的开放读码框(ORF),编码一个含449个氨基酸残基的蛋白质。Blast2go生物信息学分析结果表明：该基因编码的酶为葡萄糖-6-磷酸脱氢酶,通过KEGG代谢途径注释明确该基因编码的酶是参与谷胱甘肽代谢和磷酸戊糖途径代谢的关键酶。     

合成生物学在链霉菌次级代谢产物研发中的应用

链霉菌是革兰氏阳性丝状细菌,其次级代谢产物具有抗感染、抗虫、抗肿瘤、免疫调节等生理活性,在医药、食品和农业领域具有重要应用价值。链霉菌的遗传操作技术是发现和改良新次级代谢产物的基础,近年来合成生物学的兴起为链霉菌的研发提供了全新的视角。综述了合成生物学在链霉菌次级产物生物合成基因簇克隆与组装、底盘细胞设计与改造、调节两者适配性方面的应用进展。     

链霉菌次生代谢中双因子调控系统的研究进展

链霉菌次生代谢产物的生物合成受到严格和复杂的调控,而双因子调控系统是其中重要的一类调控因子,在链霉菌中广泛存在,且存在作用方式的多样性和作用机制的复杂性。就近些年研究较多的参与链霉菌次生代谢的两类双因子调控系统(真核型和原核型)的研究状况做了综述,重点阐明其作用机制,并对其研究趋势以及在药物代谢工程中的应用前景进行了展望。     

Streptomyces rimosus M4018 中氧化应激转录抑制因子Rex的克隆表达及与rex 操纵子的体外结合活性

【目的】为了研究龟裂链霉菌Streptomyces rimosus M4018中的rex基因对自身rex operator(ROP)的调控机制。【方法】根据天蓝色链霉菌Streptomyces coelicolor A3(2)中rex基因的同源序列设计引物进行PCR,从S.rimosus M4018中获得其rex基因(Sr-rex)。同时,通过染色体步移的方法,获得其上游的ROP序列。采用体外凝胶迁移的方法,分析了Sr-Rex对ROP的调控作用。【结果】获取的Sr-rex基因核苷酸序列长度为846 bp,预测的编码氨基酸序列与S.coelicolor A3(2)中Rex的同源性为84%,获得GenBank登录号:GQ849479。圆二色光谱显示Sr-Rex的结构以α螺旋和β折叠为主,与软件预测相符。凝胶迁移实验表明,Sr-Rex能与S.rimosus M4108中扩增到的ROP片段特异性结合。同时,以Rex:ROP的最小结合序列为基础,设计了一条22 bp的单链DNA片段,和Sr-Rex的最大结合摩尔浓度比约为5:1。高浓度的NADH抑制两者的结合活性,而NAD+对结合没有影响。【结论】在S.rimosus M4108中,Rex是通过响应胞内NAD(H)水平的方式来调控ROP的表达的。     

发酵法生产丁二酸的化学合成培养基的筛选

以产琥珀酸放线杆菌Actinobacillus succinogenes NJ113 为出发菌株,针对该菌株筛选出含有关键生长因子的化学合成培养基,其关键因子为谷氨酸（Glu）、蛋氨酸（Met）和生物素（VH）和烟酸（VPP）。结合原发酵培养基中的磷酸缓冲盐成分,最终得到的化学合成培养基配方（g/L）： CH3COONa 1.36,NaCl 1.0,MgCl2 0.2,CaCl2 0.2,Na2HPO4 0.31,NaH2PO4 1.6, KH2PO4 3,NH4HCO3 1.57,Glu 0.87,Met 0.11,VH 0.010,VPP 0.025。在3 L发酵罐上进行验证实验,50 g/L初始葡萄糖发酵70 h,丁二酸的质量浓度为45.2 g/L,丁二酸收率达到90.4%。与之前的半合成培养基发酵制备丁二酸相比,丁二酸的收率提高了25.2%,副产物也有很大幅度的减少。     

13C代谢流量分析发展30年

13C代谢流量分析(13C metabolic flux analysis,13C-MFA),是通过标记实验分析蛋白氨基酸或胞内代谢物同位素标记异构体的分布情况,从而准确定量胞内反应速率.该技术在系统理解细胞代谢特性、指导代谢工程改造和揭示病理生理学等方面起着重要作用,引起研究者的广泛重视.文中重点综述了代谢流分析30...     

Improved oxytetracycline production in Streptomyces rimosus M4018 by metabolic engineering of the G6PDH gene in the pentose phosphate pathway

The aromatic polyketide antibiotic, oxytetracycline (OTC), is produced by Streptomyces rimosus as an important secondary metabolite. High level production of antibiotics in Streptomycetes requires precursors and cofactors which are derived from primary metabolism; therefore it is exigent to engineer the primary metabolism. This has been demonstrated by targeting a key enzyme in the oxidative pentose phosphate pathway (PPP) and nicotinamide adenine dinucleotide phosphate (NADPH) generation, glucose-6-phosphate dehydrogenase (G6PDH), which is encoded by zwf1 and zwf2. Disruption of zwf1 or zwf2 resulted in a higher production of OTC. The disrupted strain had an increased carbon flux through glycolysis and a decreased carbon flux through PPP, as measured by the enzyme activities of G6PDH and phosphoglucose isomerase (PGI), and by the levels of ATP, which establishes G6PDH as a key player in determining carbon flux distribution. The increased production of OTC appeared to be largely due to the generation of more malonyl-CoA, one of the OTC precursors, as observed in the disrupted mutants. We have studied the effect of zwf modification on metabolite levels, gene expression, and secondary metabolite production to gain greater insight into flux distribution and the link between the fluxes in the primary and secondary metabolisms.     

Effect of light fluctuations on photosynthesis and metabolic flux in Synechocystis sp. PCC 6803

In nature, photosynthetic organisms are exposed to fluctuating light, and their physiological systems must adapt to this fluctuation. To maintain homeostasis, these organisms have a light fluctuation photoprotective mechanism, which functions in both photosystems and metabolism. Although the photoprotective mechanisms functioning in the photosystem have been studied, it is unclear how metabolism responds to light fluctuations within a few seconds. In the present study, we investigated the metabolic response of Synechocystis sp. PCC 6803 to light fluctuations using ¹³C-metabolic flux analysis. The light intensity and duty ratio were adjusted such that the total number of photons or the light intensity during the low-light phase was equal. Light fluctuations affected cell growth and photosynthetic activity under the experimental conditions. However, metabolic flux distributions and cofactor production rates were not affected by the light fluctuations. Furthermore, the estimated ATP and NADPH production rates in the photosystems suggest that NADPH-consuming electron dissipation occurs under fluctuating light conditions. Although we focused on the water–water cycle as the electron dissipation path, no growth effect was observed in an flv3-disrupted strain under fluctuating light, suggesting that another path contributes to electron dissipation under these conditions.