工业用糖蜜酿酒酵母菌株耐受性分析研究

采用休止细胞梯度生长法,对工业糖蜜酿酒酵母(Saccharomyces cerevisiae)菌株进行高浓度酒精、高温和高渗透压,以及糠醛毒性、苯酚毒性、乙酸毒性和抗生素G418毒性的耐受性分析.结果表明,所测定的工业酵母菌株对这些逆境条件的耐受性有明显的差别;其中AS2.1189和AS2.1190对测定的胁迫条件均表现出相对较好的耐受性;396对乙酸毒性和G418毒性具有很好的耐受性;2610对高温表现出较强的耐受性.     

磷酸钙法对哺乳动物非贴壁细胞的质粒共转染

对一种哺乳动物的非贴壁细胞Bal b/c近交系小鼠肥大细胞瘤细胞株P815进行了G418敏感浓度及甘油耐受性的测定;并通过磷酸钙法用含HBVS基因的质粒pRc/CMVS与含筛选标记基因neo的质粒pSV_2-neo进行了共转染。经G418筛选,获得了G418抗性细胞P851-S,在G418选择压力下,已连续筛选80余天,传代12次;斑点杂交和ELISA实验分别表明P815-S细胞内有HBVS基因的存在,培养上清中有HBsAg的表达。     

酿酒酵母乙酸耐性分子机制的功能基因组进展

提高工业酿酒酵母对高浓度代谢产物及原料中的毒性底物等环境胁迫因素的耐受性,对提高工业生产效率具有重要的意义。乙酸是纤维素原料水解产生的主要毒性副产物之一,其对酵母细胞的生长和代谢都具有较强的抑制作用,因此,对酿酒酵母乙酸耐性分子机制的研究可为选育优良菌种提供理论依据。近年来,通过细胞全局基因表达分析和代谢组分析,以及对单基因敲除的所有突变体的表型组研究,对酿酒酵母乙酸耐性的分子机制有了更多新的认识,揭示了很多新的与乙酸毒性适应性反应和乙酸耐性提高相关的基因。综述了近年来酿酒酵母乙酸耐性的基因组规模的研究进展,以及在此基础上构建乙酸耐性提高的工业酵母菌的代谢工程操作。结合本课题组的研究,对金属离子锌在酿酒酵母乙酸耐性中的作用进行了深入分析。未来对酿酒酵母乙酸耐性分子机理的认识及改造将深入到翻译后修饰和合成生物学等新的水平,所获得的认知,将为选育可高效进行纤维素原料生物转化、高效生产生物燃料和生物基化学品的工业酿酒酵母的菌株奠定理论基础。     

研究: 甲醛对果蝇寿命及其在应激条件下耐受性的影响

虽然甲醛对人及动物多种器官的毒性作用已经有了大量研究,但不同浓度甲醛影响动物寿命的研究还极其少见.本文用黑腹果蝇作为模式生物,在食物中添加不同浓度的甲醛,观察果蝇寿命及其在应激条件下耐受性的变化.实验结果显示,雌性果蝇的寿命表现出对甲醛浓度的依赖,0.037%甲醛可以极显著地延长雌性果蝇的寿命,较高浓度甲醛(≥0.185%)可以极显著地缩短雌性果蝇与雄性果蝇的寿命.0.037%甲醛还可以极显著地增强雌性和雄性果蝇对饥饿以及高温的耐受性,但减弱其对活性氧的耐受性.这些结果有助于从新的途径研究果蝇寿命及其在应激条件下耐受性的分子机制.     

甲醛对果蝇寿命及其在应激条件下耐受性的影响

虽然甲醛对人及动物多种器官的毒性作用已经有了大量研究,但不同浓度甲醛影响动物寿命的研究还极其少见.本文用黑腹果蝇作为模式生物,在食物中添加不同浓度的甲醛,观察果蝇寿命及其在应激条件下耐受性的变化.实验结果显示,雌性果蝇的寿命表现出对甲醛浓度的依赖,0.037%甲醛可以极显著地延长雌性果蝇的寿命,较高浓度甲醛(≥0.185%)可以极显著地缩短雌性果蝇与雄性果蝇的寿命.0.037%甲醛还可以极显著地增强雌性和雄性果蝇对饥饿以及高温的耐受性,但减弱其对活性氧的耐受性.这些结果有助于从新的途径研究果蝇寿命及其在应激条件下耐受性的分子机制.     

G418对IL—2基因包装细胞的筛选

本文用高浓度的G418(800μg/ml)和低浓度的G418(200μg/ml)对包装细胞PLXSN/IL-2/PA317细胞进行40天的选择筛选培养,使其细胞呈稳定状态生长时,收集上清液转染NIH/3T3细胞,进行病毒滴度测定。试图在高选择标记的情况下筛选出高表达目的基因的包装细胞。实验结果表明:高、低浓度的G418对PLXSN/IL-2/PA317包装细胞的选择作用相同,即包装细胞的病毒滴度同选择标记物浓度无关。提示可用低浓度的G418来维持包装细胞的生命。     

大肠杆菌乙酸代谢突变株的选育和特性研究

在大肠杆菌高密度培养中 ,因代谢副产物乙酸积累 ,导致抑制菌体的生长和产物表达的下降。为减小乙酸的抑制作用 ,采用60 Co诱变处理大肠杆菌JM1 0 1 ,结合连续培养 (含乙酸钠选择压力 )定向富集方法 ,选育到一株乙酸耐受性增强的菌株JL3。该菌株表现出明显的乙酸耐受性的提高 ,在含有 1 0 g/L乙酸钠的MA培养基中 ,菌体生长和葡萄糖消耗速率都有较大程度提高 ,并且具有良好的遗传稳定性     

通过G418 处理离体纯化小鼠胰腺上皮细胞

目的:探索一种能有效去除成纤维细胞,筛选有较强增殖能力上皮细胞的方法。方法:本研究利用成纤维细胞对G418敏感的特性,在成体小鼠胰腺细胞分离后,采用悬浮细胞直接接种到含30μg/mL G418的培养基中,或细胞贴壁生长汇合至50-70%后用30至100μg/mL之间不同浓度G418处理24h、48h或72h两种方案进行上皮细胞的纯化。结果:在直接接种法培养处理中,存活的大部分细胞为成纤维细胞,上皮细胞的生长受到抑制,无法得到纯化的胰腺上皮集落;而在细胞贴壁生长汇合至50-70%后经G418处理,成纤维细胞随着处理浓度的增加死亡率也在逐渐上升,其中50μg/mL G418处理72小时对去除成纤维细胞效果最佳。结论:G418处理能够有效去除成纤维细胞,分离纯化出一群在离体条件下具有强增殖能力、形成大上皮细胞集落的细胞。该分离纯化方法为今后进一步研究成体胰腺干/祖细胞增殖与分化调控机制等问题奠定基础。     

通过G418处理离体纯化小鼠胰腺上皮细胞

目的：探索一种能有效去除成纤维细胞,筛选有较强增殖能力上皮细胞的方法。方法：本研究利用成纤维细胞对G418敏感的特性,在成体小鼠胰腺细胞分离后,采用悬浮细胞直接接种到含30μg/mL G418的培养基中,或细胞贴壁生长汇合至50-70%后用30至100μg/mL之间不同浓度G418处理24h、48h或72h两种方案进行上皮细胞的纯化。结果：在直接接种法培养处理中,存活的大部分细胞为成纤维细胞,上皮细胞的生长受到抑制,无法得到纯化的胰腺上皮集落;而在细胞贴壁生长汇合至50-70%后经G418处理,成纤维细胞随着处理浓度的增加死亡率也在逐渐上升,其中50μg/mL G418处理72小时对去除成纤维细胞效果最佳。结论：G418处理能够有效去除成纤维细胞,分离纯化出一群在离体条件下具有强增殖能力、形成大上皮细胞集落的细胞。该分离纯化方法为今后进一步研究成体胰腺干/祖细胞增殖与分化调控机制等问题奠定基础。     

絮凝基因FLO1及FLO1c高表达提高工业酿酒酵母乙酸耐受性及发酵性能

乙酸是生物质乙醇发酵过程中酵母细胞面临的重要抑制剂之一,对细胞生长及发酵性能有强烈的抑制作用。增强酵母菌对乙酸胁迫的耐受性对提高乙醇产率具有重要意义。用分别带有完整絮凝基因FLO1及其重复序列单元C发生缺失的衍生基因FLO1c的重组表达质粒分别转化非絮凝型工业酿酒酵母CE6,获得絮凝型重组酵母菌株6-AF1和6-AF1c。同时以空载体p YCPGA1转化CE6的菌株CE6-V为对照菌株。与CE6-V相比,絮凝酵母明显提高了对乙酸胁迫的耐受性。在0.6%(V/V)乙酸胁迫下,6-AF1和6-AF1c的乙醇产率分别为对照菌株CE6-V的1.56倍和1.62倍;在1.0%(V/V)乙酸胁迫下,6-AF1和6-AF1c的乙醇产率分别为对照菌株CE6-V的1.21倍和1.78倍。可见絮凝能力改造能明显提高工业酿酒酵母的乙酸胁迫耐受性及发酵性能,而且FLO1内重复序列单元C缺失具有更加明显的效果。     

Isolation and Identification of Acetic Acid Bacteria for Submerged Acetic Acid Fermentation at High Temperature

Industrial vinegar production by submerged acetic acid fermentation has been carried out using Acetobacter strains at about 30°C. To obtain strains suitable for acetic acid fermentation at higher temperature, about 1,100 strains of acetic acid bacteria were isolated from vinegar mash, soils in vinegar factories and fruits, and their activities to oxidize ethanol at high temperature were examined. One of these strains, No. 1023, identified as Acetobacter aceti, retained full activity to produce acetic acid in continuous submerged culture at 35°C and produced 45% of activity at 38°C, while the usual strain of A. aceti completely lost its activity at 35°C. Thus the use of this strain may reduce the cooling costs of industrial vinegar production.     

Drug resistance marker-aided genome shuffling to improve acetic acid tolerance in <Emphasis Type="Italic">Saccharomyces cerevisiae</Emphasis>

Acetic acid existing in a culture medium is one of the most limiting constraints in yeast growth and viability during ethanol fermentation. To improve acetic acid tolerance in Saccharomyces cerevisiae strains, a drug resistance marker-aided genome shuffling approach with higher screen efficiency of shuffled mutants was developed in this work. Through two rounds of genome shuffling of ultraviolet mutants derived from the original strain 308, we obtained a shuffled strain YZ2, which shows significantly faster growth and higher cell viability under acetic acid stress. Ethanol production of YZ2 (within 60 h) was 21.6% higher than that of 308 when 0.5% (v/v) acetic acid was added to fermentation medium. Membrane integrity, higher in vivo activity of the H⁺-ATPase, and lower oxidative damage after acetic acid treatment are the possible reasons for the acetic acid-tolerance phenotype of YZ2. These results indicated that this novel genome shuffling approach is powerful to rapidly improve the complex traits of industrial yeast strains.     

利用人工锌指文库选育高乙醇耐受性工业酵母菌株

选育高乙醇耐性的酿酒酵母菌株对提高燃料乙醇的发酵效率具有重要意义.锌指蛋白广泛存在于多种生物中,对基因的转录和翻译起重要的调节作用.利用人工设计的锌指蛋白可定向设计锌指序列及其排列顺序,实现对细胞内多个基因的全局调控.由于与环境胁迫反应相关的基因很多,因此可利用人工锌指蛋白技术获得耐受性提高的微生物重组菌.文中将人工锌指文库转入到酿酒酵母模式菌株S288c,选育了具有高乙醇耐受性的重组菌株M01,并分离了与乙醇耐受性提高相关的人工锌指蛋白表达载体pRS316ZFP-M01,转入工业酿酒酵母Sc4126,在含有不同浓度乙醇的平板上,工业酵母Sc4126的重组菌株表现出显著的耐受性提高.在高糖培养基(250 g/L)条件下进行乙醇发酵,发现重组菌的乙醇发酵效率明显快于野生型,发酵时间提前24 h,且发酵终点乙醇浓度提高6.3％.结果表明人工锌指文库能够提高酵母的乙醇耐受性,为构建发酵性能优良的酵母菌种奠定了基础.     

醋酸菌耐酸机理及其群体感应研究新进展

醋酸菌(acetic acid bacteria,AAB)是一类严格好氧的革兰氏阴性细菌,因其乙醇氧化生成醋酸能力强、高耐醋酸等特性而成为食醋发酵的主要工业菌种。醋酸菌的耐酸性对于高酸度食醋生产具有重要意义。随着醋酸菌的蛋白组学及基因组学研究的深入,其糖代谢、蛋白质代谢、脂代谢及应激响应等分子机制或过程也得到更多的阐释;葡糖醋杆菌中有关群体感应系统的研究报道则为从信号通路角度探索醋酸菌的耐酸机制提供了新的思路,进而对于高耐酸醋酸菌的选育以及醋酸发酵工艺的优化具重要的参考意义。本文在简介蛋白组、基因组研究的基础上,着重综述醋酸菌群体感应的研究进展。     

Susceptibility of Saccharomyces spp. and Schwanniomyces spp. to the aminoglycoside antibiotic G418.

Industrially useful polyploid yeasts such as the brewing yeasts do not possess any auxotrophic genetic markers and hence are not easily amenable to plasmid-mediated DNA transformations. In an attempt to obtain genetic markers, a number of useful Saccharomyces sp. strains and some amylolytic Schwanniomyces sp. strains were tested for their susceptibility to the antibiotic Geneticin G418 , a 2-deoxystreptamine reported to be active against bacteria, yeasts, and plant and animal cells. All of the Saccharomyces sp. strains, including the brewing strains, were found to be susceptible to G418 in the concentration range of 150 to 500 micrograms/ml. Of the three Schwanniomyces species investigated, only Schwanniomyces castellii (strain 1402) was found to be resistant to G418 at concentrations up to 1 mg/ml. Resistance was exhibited both in liquid media and on glycerol-peptone-yeast extract agar plates. This finding is interesting in view of the possibility of using this strain as a DNA donor for transformations aimed at introducing the amylolytic capability into brewing yeasts.     

构建高产谷胱甘肽啤酒酵母基因工程菌提高啤酒抗老化能力的研究

根据同源重组的原理,将来源于啤酒酵母工业菌株G03的γ-谷氨酰半胱氨酸合成酶基因(GSH1)和筛选标记Kan取代质粒pRJ-5中18S rDNA内部约340bp的DNA片段,构建重组质粒pRKG。以pRKG为模版,PCR得到以18S rDNA为整合位点包含GSH1和Kan的基因片段18S rDNA::(Kan-GSH1)。用此片段转化啤酒酵母工业菌株G03,通过G418抗性筛选得到啤酒酵母工程菌。实验室小试表明,工程菌的谷胱甘肽含量比受体菌株提高16.6%,啤酒的抗老化能力得到了显著提高,而常规指标没有发生显著变化。连续传代5次后胞内GSH含量基本不变遗传稳定性良好。由于表达γ-谷氨酰半胱氨酸合成酶的基因来源于受体菌株自身,是通过自克隆技术改造工业啤酒酵母的一次有益的尝试。