鸟苷产生菌的代谢途径分析

代谢工程要解决的主要问题就是改变某些途径中的碳架物质流量或改变碳架物质流在不同途径中的流量分布,其目标就是修饰初级代谢,将碳架物质流导入目的产物的载流途径以获得产物的最大转化率。利用途径分析方法对枯草芽孢杆菌生产鸟苷的途径进行了分析,建立了3种基础模型,鸟苷理论摩尔产率分别是0．625、0．75和0．667,确定了枯草芽孢杆菌生产鸟苷的最佳途径的通量分布。     

L-缬氨酸产生菌的选育及其代谢流分析

以谷氨酸棒杆菌(Corynebacterium glutamicum)AS1.495(Leu^-)为出发菌株,通过多次亚硝基胍(NTG)诱变,给AS1．495(Leu^-)依次叠加L-AAH^as,2-TA^r,Vd^-的遗传标记,得到突变株AATV341(Leu^-,L-AAH^as,2-TA^r,Vd^-),可在8％的葡萄糖培养基积累L-缬氨酸24．5g／L,比出发菌株提高了5．13倍。同时运用代谢流量分析理论,测定出发菌株AS1．495及其突变株AATV341在L-缬氨酸合成阶段的代谢流量,并初步进行比较和分析,发现遗传标记的引入使流量分配发生了重大变化,流量分配朝着有利于L-缬氨酸合成的方向改变。     

一株丁二酸高产菌株的筛选与选育

旨在提高丁二酸发酵生产水平,通过初筛、复筛从土壤中分离得到了高产丁二酸菌株,发酵结束后利用高效液相色谱法检测丁二酸的产率为34.45%。对菌株进行紫外诱变选育,结果表明,在底物葡萄糖的浓度为100 g/L时,丁二酸的产率提高了46%,达到了50.30%,残糖低于10 g/L。经形态学特征、生理生化指标测定以及16S r DNA序列分析等,鉴定该菌株为放线杆菌。     

外源添加代谢中间体对产琥珀酸放线杆菌厌氧发酵制备丁二酸的影响

考察了外源添加中间代谢产物对菌体生长及发酵产酸的影响,结果表明添加0.5g/L磷酸烯醇式丙酮酸(PEP)时丁二酸产量最高。围绕产琥珀酸放线杆菌NJ113厌氧发酵产丁二酸的代谢网络进行代谢通量分析,发现添加PEP后己糖磷酸途径(HMP)与糖酵解途径(EMP)的通量比由39.4∶60.3提高至76.8∶22.6,解决了丁二酸合成过程中还原力不足的矛盾,导致PEP生成草酰乙酸的通量提高了23.8%,丁二酸代谢通量从99.8mmol/(gDCW·h)增至124.4mmol/(gDCW·h),而副产物乙酸及甲酸的代谢通量分别降低了22.9%、15.4%;关键酶活分析结果表明,添加0.5g/LPEP后PEP羧化激酶比酶活达到1910U/mg,与对照相比提高了74.7%,而丙酮酸激酶的比酶活降低了67.5%。最终丁二酸浓度为29.1g/L,收率达到76.2%,比未添加PEP时提高了11.0%。     

一株丁二酸高产菌株的筛选和鉴定

从瘤胃中筛选到一株高产丁二酸生产菌株,为革兰氏阴性菌,短杆状,无芽孢,不运动,兼性厌氧.经形态学、生理生化鉴定和基于16S rRNA序列的系统发育分析,该菌株为巴斯德菌科的产琥珀酸放线杆菌,是产琥珀酸放线杆菌CCUG 43843的变种,二者的序列相似性为99.93%,命名为产琥珀酸放线杆菌A3.5L发酵罐分批发酵实验表明,当发酵培养基中葡萄糖浓度为50g/L时,产琥珀酸放线杆菌A3可以产25.8g/L丁二酸,具有较好的丁二酸生产潜力.     

高产谷胱甘肽酵母菌株的选育及其代谢通量分析

利用UV和HNO2及其复合诱变处理S.cerevisiae 的原生质,筛选得到ZnCl2和半胱氨酸抗性菌株S.cerevisiae YZM-14(ZnCl2r,Cysr),其谷胱甘肽(GSH)产量(84.72mg/L)、生物量(7.63g/L)及胞内GSH含量(11.10mg/g)分别是出发菌株的2.79倍、1.63倍和1.71倍,且性状稳定。根据细胞比生长速率和GSH得率变化曲线,将GSH生物合成过程分为三个阶段,第二阶段诱变菌株与出发菌株相比PP途径代谢通量增加8.1 mmol/(g·h),GSH前体合成途径通量增加,且诱变菌株的有机酸分泌通量减少,提高了细胞的碳源利用效率,增大了GSH的生成。     

一株丁二酸高产菌株的筛选鉴定及初步发酵研究

以牛胃内容物为菌源,利用富马酸钠为唯一碳源并加入高浓度丁二酸钠的选择培养基筛选到一株丁二酸产量较高,副产物较少的菌株。经形态学、生理生化鉴定和16S rDNA序列的系统发育分析,该菌株为巴斯德菌科的产琥珀酸放线杆菌,与琥珀酸放线杆菌S.JST序列相似性最高为98.98%,命名为琥珀酸放线杆菌GXAS137,保藏号为M2011399。利用正交试验对发酵条件进行了初步优化,该菌可发酵55 g/L葡萄糖产38.96 g/L丁二酸,具有较好的丁二酸生产潜力。     

基于代谢通量分析的琥珀酸放线杆菌高产选育研究

在对产琥珀酸放线杆菌代谢分析的基础上选育出高产突变株对琥珀酸的工业生物转化有重要意义.在矩阵分析代谢通量基础上,围绕柔性节点下的副产物乙酸及乙醇的降低分别实施软X诱变及定点突变选育,并对比分析了突变株与出发株相关酶活及基因序列变化.针对出发株的流量分析显示产物琥珀酸的代谢通量为1.78(mmol/g/h),主要副产物乙酸与乙醇的代谢通量分别为(0.60mmol/g/h)和(1.04 mmol/g/h),并发现乙醇代谢加剧了琥珀酸合成中的H电子供体的不足;筛选出的氟乙酸抗性突变株S.JST1的乙酸代谢通量降低了96%,为0.024(mmol/g/h),酶活检测表明磷酸乙酰转移酶(Pta)的酶比活力从602降低到74,进一步的序列对比分析发现pta突变基因中产生了一个突变位点:adh定点复合突变株S.JST2的乙醇代谢通量降低了98%,为0.020(mmol/g/h),酶活检测表明Adh的酶比活力从585降低到62.最终突变株S.JST2琥珀酸累积产量达65.7 g/L.围绕产琥珀酸放线杆菌Pta及Adh酶活的降低实施定向选育,在降低副产物流量的同时,有助于改善细胞H供体代谢平衡进而提高琥珀酸的流量.所获突变株具有工业应用潜力.     

L-谷氨酰胺产生菌的选育和代谢流量分析

目的:建立并完善嗜乙酰乙酸棒杆菌YL012及其突变株LCHA0082合成L-谷氨酰胺的中心代谢网络.方法:分别测定了它们在特定培养时段(48h～50h)L-谷氨酰胺等代谢物的胞外浓度,由此计算这一时段这些代谢物在发酵液中积累(或消耗)的速率,分别作出这两株菌在拟稳态下的代谢流量分布图,进而研究诱变育种过程中不同诱变标记对代谢网络中L-谷氨酰胺合成流量分布的影响.结果:育种操作使流量分配朝着有利于L-谷氨酰胺合成的方向改变,流入谷氨酸节点的流量由29.198mmol/L·h上升到44.854mmol/L·h,提高到原来的1.5倍左右,合成L-谷氨酰胺的流量由18.138mmol/L·h上升至31.065mmol/L·h,效果明显.结论:从代谢流量分析角度上,证明诱变育种对代谢流量的改变起到明显的作用,代谢流量分析也为新的设计育种提供了思路.     

基于比速率及代谢流的黑曲霉突变株和野生株分析

黑曲霉具备优异的外源蛋白表达和分泌能力,从而被广泛应用于工业酶制剂的生产。通过研究黑曲霉突变株和野生株在相同培养条件下生理参数和代谢流的差异,确定了黑曲霉合成糖化酶过程中的限制性因素。宏观动力学分析发现,较之野生株,突变株具有较高的最大比生长速率,并且副产物得率降低了90%,底物利用率提高了近30%,表明突变株与野生株在碳源分配和产物转化率上具有明显的差异。利用流平衡分析（FBA）计算胞内代谢通量分布,发现还原力和核糖的供应水平是限制菌体合成的主要因素,而前体氨基酸是合成糖化酶最主要的限制性因素。这些研究结果为后续发酵工艺优化和菌株基因改造提供了有益的思路。     

Screening,breeding and metabolic modulating of a strain producing succinic acid with corn straw hydrolyte

Purpose In this paper, the high yield mutant strain was expected to be obtained for the industrial bioconversion of corn straw hydrolyte to succinic acid. Methods API biochemical reactions and 16S r RNA sequence analysis were carried out for identification, and then the strain’s metabolic pathway and its relevant enzymes were discussed for the metabolic flux analysis (MFA). The X-ray of synchronous radiation and site-directed mutagenesis were imported for decreasing those byproducts, and the metabolic technics was also modulated. Results Identification showed that the succinic-acid-producing strain S.JST belonged to Actinobacillus succinogenes species. Metabolic pathway analysis indicated that this strain had the character of utilizing glucose and xylose simultaneously, which was a great advantage considering the fact that most crop straw hydrolyte included glucose and xylose. Metabolic flux analysis showed that acetic acid and alcohol competed with the flux of succinic acid, and the analysis of [H] reducing power balance investigated that the [H] electronic donor produced in the cell was not enough for the metabolism of succinic acid. Then X-ray mutagenesis showed that the flux of byproduct acetic acid was decreased to 0.666 from 1.233 mmol/g DW h and that two mutated sites were found in pta (gene of phosphotransacetylase) from mutant strain M.JSTP, but less succinic acid was produced due to the worse lacking in the supply of [H] reducing power. The site-directed mutagenesis showed that the flux of byproduct alcohol was successfully decreased to 0.029 from 1.303 mmol/g DW h. Then, surrounding the flux ratio of HMP to EMP, the metabolic technics was modulated with the addition of citrate in order to improve the balance of [H] reducing power, thus the succinic acid flux of the mutant M.JSTA was increased to 3.163 from 2.480 mmol/g DW h comparing with the parent strain S.JST. Conclusions The mutant strain obtained in this paper deserves to be scaled-up.     

L—亮氨酸高产菌的代谢控制育种

阐述了L－亮氨酸的结构、性质、用途和生产方法及L－亮氨酸高产菌的育种实例;讨论了L－亮氨酸的生物合成途径、代谢调节机制及其应具有的生化特性;重点阐述了采用代谢控制手段如何选育L－亮氨酸高产菌的育种战略,推理出L－亮氨酸高产菌可能具有的遗传标记。     

琥珀酸发酵高产菌株的选育

以富马酸钠为唯一碳源的选择性平板,从牛的瘤胃中筛选出一株产琥珀酸的菌株Actinobacillus succinogenes CGMCC1593。以该菌株为出发菌株进行NTG诱变,挑选在含有50~100 mmol/L氟乙酸平板生长较快的菌落,经过初筛和复筛,发现SF-9菌株产琥珀酸能力强且积累的乙酸较少。以50 g/L的葡萄糖为碳源,在培养瓶厌氧发酵条件下其琥珀酸产量(35.09 g/L)比出发菌株(28.91 g/L)提高了21.4%,琥珀酸/乙酸比率(w/w)从3.3∶1提高到7.5∶1。用SF-9菌株在5 L发酵罐上进行分批发酵,发酵36 h时琥珀酸积累量达到40.51 g/L,对葡萄糖的转化率为0.81(w/w),琥珀酸/乙酸比率为9∶1,副产物乙酸量比出发菌株降低了约50%。     

代谢流量比率分析及其在代谢工程中的应用

细胞内代谢反应流量在系统理解细胞代谢特性和指导代谢工程改造等方面都起着重要的作用。由于代谢流量难以直接测量得到,在很多情况下通过跟踪稳定同位素在代谢网络中的转移并进行相应的模型计算能有效地定量代谢流量。代谢流量比率分析法能够高度体现系统的生物化学真实性、辨别细胞代谢网络的拓扑结构,并且能够相对简单快速地定量反应速率等,因此受到代谢工程研究者越来越多的重视。以下着重介绍并讨论了利用代谢物同位体分布信息分析关键代谢节点合成途径的流量比率、基于流量比率的代谢流量解析、以及应用于代谢工程等的相关原理、实验测量、数据分析、使用条件等,以期充分发挥代谢流量比率分析法的优势,并将其拓展推广至更多细胞体系的代谢特性阐明和代谢工程改造中去。     

Metabolic flux analysis for succinic acid production by recombinant Escherichia coli with amplified malic enzyme activity

A pfl ldhA double mutant Escherichia coli strain NZN111 was used to produce succinic acid by overexpressing the E. coli malic enzyme. Escherichia coli strain NZN111 harboring pTrcML produced 6 and 8 g/L of succinic acid from 20 g/L of glucose in flask culture at 37 degrees C and 30 degrees C, respectively. When NZN111(pTrcML) was cultured at 30 degrees C with intermittent glucose feeding the final succinic acid concentration obtained was 9.5 g/L and the ratio of succinic acid to acetic acid was 13:1. This system could not be analyzed by conventional metabolic flux analysis techniques, since some pyruvate and succinic acid were accumulated intracellularly. Therefore, a new flux analysis method was proposed by introducing intracellular pyruvate and succinic acid pools. By this new method the concentrations of intracellular metabolites were successfully predicted and the differences between the measured and calculated reaction rates could be considerably reduced.     

Actinobacillus succinogenes抗氟乙酸突变株的选育及其代谢流量分析

琥珀酸是一种用于合成树脂、可降解塑料及许多化学中间体的重要绿色化工原料。为了提高琥珀酸的发酵产率, 基于Actinobacillus succinogenes的代谢流量分布情况对其育种机制进行了研究。以Actinobacillus succinogenes CGMCC1593为原始菌株进行NTG诱变, 挑选在含有50~100 mmol/L氟乙酸平板生长较快的菌落, 经过初筛和复筛, 发现SF-9菌株产生更多琥珀酸且积累乙酸较少。以50 g/L的葡萄糖为碳源, 在5 L发酵罐上进行分批发酵, 该菌株发酵32 h时琥珀酸产量(34.8 g/L)提高了23.4%, 琥珀酸/乙酸比率为9:1, 副产物乙酸量比原始菌株降低了约50%。代谢流量分析(MFA)结果表明, PEP是影响琥珀酸合成的关键节点, PYR是影响乙酸等杂酸生成比例的关键节点, 并且这两个节点均非刚性节点。通过氟乙酸抗性诱变, 成功地筛选出了流向乙酸、甲酸和乳酸等杂酸的流量相对减少, 而流向琥珀酸的流量明显增强的突变菌株SF-9。     

Actinobacillus succinogenes抗氟乙酸突变株的选育及其代谢流量分析

琥珀酸是一种用于合成树脂、可降解塑料及许多化学中间体的重要绿色化工原料。为了提高琥珀酸的发酵产率, 基于Actinobacillus succinogenes的代谢流量分布情况对其育种机制进行了研究。以Actinobacillus succinogenes CGMCC1593为原始菌株进行NTG诱变, 挑选在含有50~100 mmol/L氟乙酸平板生长较快的菌落, 经过初筛和复筛, 发现SF-9菌株产生更多琥珀酸且积累乙酸较少。以50 g/L的葡萄糖为碳源, 在5 L发酵罐上进行分批发酵, 该菌株发酵32 h时琥珀酸产量(34.8 g/L)提高了23.4%, 琥珀酸/乙酸比率为9:1, 副产物乙酸量比原始菌株降低了约50%。代谢流量分析(MFA)结果表明, PEP是影响琥珀酸合成的关键节点, PYR是影响乙酸等杂酸生成比例的关键节点, 并且这两个节点均非刚性节点。通过氟乙酸抗性诱变, 成功地筛选出了流向乙酸、甲酸和乳酸等杂酸的流量相对减少, 而流向琥珀酸的流量明显增强的突变菌株SF-9。     

高产琥珀酸菌株的通量筛选

以琥珀酸放线杆菌Actinobacillus succinogenes F3—21为出发菌株,分别用吖啶黄、紫外线、紫外线．硫酸二乙酯和亚硝基胍进行诱变,产生突变菌库。用“96孔板培养－HPLC浓缩检测－厌氧瓶复筛”的模式筛选高产突变株。从1056株突变株中,筛选到一株高产菌株Ⅵ-10-C。连续传代10次,产酸水平不变。在5L发酵罐中补料分批发酵72h,Ⅵ－10－C产琥珀酸87．6g／L,生产强度1．22g/（L·h）,糖酸转化率0．66g／g;琥珀酸产量比出发菌提高了30％。代谢通量与关键酶活性分析表明：相比于F3-21,Ⅵ-10-C发酵过程中从磷酸烯醇式丙酮酸节点处流向草酰乙酸的代谢流量增加了28．9％,相对应的磷酸烯醇式丙酮酸羧化激酶（PEPCK）酶活提高了23．5％。结果表明用“96孔板培养-HPLC浓缩检测-厌氧瓶复筛”的模式能快速有效筛选高产琥珀酸菌株。     

L-精氨酸高产菌的选育及基于代谢流量分布的育种机制

从分析钝齿棒杆菌(Corynebacterium crenatum)的精氨酸合成途径入手,提出了一种通过选育脯氨酸结构类似物抗性突变株以提高其精氨酸合成能力的育种思路。采用亚硝基胍(NTG)诱变处理出发菌株YD8(His-,SGr1.2 mg/mL,D-Argr15 mg/mL),经含15 mg/mL的脯氨酸结构类似物S-甲基半胱氨酸(S-MC)的抗性筛选获得精氨酸高产突变株YDM403(His-,SGr1.2 mg/mL,D-Argr15 mg/mL,S-MCr15 mg/mL),产酸水平可达29.4 g/L,较出发菌株YD8的产酸高出55.0%。通过代谢流量分布分析了菌株YD8和YDM403代谢网络的变化,结果表明,菌株YD8可能存在顺序反馈抑制作用,出发株YD8解除了Arg对Glu到Arg的反馈抑制,而YDM403又解除了Pro对Glu到Pro的反馈抑制,从而使中间物Glu累积量下降而对-αKG到Glu不再有反馈抑制,其通量提高,与此同时从Glu向Arg的代谢通量也相应增加。