工业谷氨酸棒杆菌电转化整合效率的优化

研究不同因素对谷氨酸棒杆菌(Corynebacterium glutamicum)电转化效率的影响,探讨电转化的最适条件,提高电转化效率。以产L-异亮氨酸的谷氨酸棒杆菌工业菌株a11为受体菌,大肠杆菌(Escherichia coli)JM109及质粒pk18mobsac B为载体,通过电转化方法研究了菌体最佳感受态性能、复苏培养基高渗溶液浓度、最适电场强度及电击后的热激培养对电转化效率的影响。对于谷氨酸棒杆菌a11而言,使用无痕的自杀载体电击转化,在感受态细胞OD_(600 nm)值为1.0~1.2,电场强度达到9.0 kV/cm,电转后46℃热激培养8 min,而且热激后继续保持37℃的适应性培养,电转化效率最高,达到1.8×10~3cfu/μg DNA。实现了工业谷氨酸棒杆菌的电转化效率的提高,也为其它谷氨酸棒杆菌电转化效率的提高提供参考方法。     

谷氨酸棒杆菌的乙醛酸循环与谷氨酸合成

为阐明谷氨酸棒杆菌的乙醛酸循环与菌体的生长以及谷氨酸合成之间的关系 ,以谷氨酸棒杆菌基因组测序用典型菌株Corynebacteriumglutamicum ATCC 130 32为出发菌株 ,构建了乙醛酸循环途径缺失的谷氨酸棒杆菌突变株Corynebacteriumglutamicum WTΔA。该菌株没有异柠檬酸裂解酶活性 ,不能在以乙酸盐为唯一碳源的基本培养基上生长。与出发菌株ATCC13032相比 ,WTΔA在以葡萄糖为唯一碳源的培养基上生长时不受影响 ,说明谷氨酸棒杆菌并不需要乙醛酸循环途径提供菌体生长所需的能量和生物合成反应所需的中间产物。但是 ,与出发菌株ATCC13032相比 ,WTΔA的谷氨酸合成能力大幅下降。     

谷氨酸棒杆菌基因编辑的研究进展

谷氨酸棒杆菌是生产氨基酸、有机酸等的重要菌株,广泛应用于食品、医药领域。利用基因编辑技术对谷氨酸棒杆菌进行基因功能研究,在提高目的产物产量、发现新的基因功能等方面有重要意义。近年来,基因编辑技术发展日新月异,从基于同源重组的传统基因编辑技术到以人工核酸酶介导的基因编辑均在谷氨酸棒杆菌中得到合理应用。其中,CRISPR技术以其快速、简便、编辑效率高等优点成为现阶段研究者用于改造谷氨酸棒杆菌的主要技术,但是更为简单、高效的编辑手段依旧需要进一步研究开发,以获得优良菌株应用于工业生产中。     

谷氨酸棒杆菌生产琥珀酸的代谢工程研究进展

琥珀酸是一种具有重要应用价值的四碳平台化合物。微生物法发酵生产琥珀酸以其社会、环境和经济优势展现出良好的发展前景。谷氨酸棒杆菌被广泛应用于氨基酸、核苷酸等高附加值化学品的工业化生产,在厌氧条件下细胞处于生长停滞状态,但仍能高效利用碳源合成有机酸,通过代谢工程改造的谷氨酸棒杆菌有望成为理想的琥珀酸生产菌株。结合近年来谷氨酸棒杆菌生产琥珀酸取得的最新成果,本文综述了构建高产琥珀酸工程菌株的代谢工程策略、底物的扩展利用,并展望了将来的研究方向。     

谷氨酸棒杆菌中选择性σ因子的研究进展

谷氨酸棒杆菌(Corynebacterium glutamicum)是一种重要的工业微生物,其基因组中包含编码RNA聚合酶的7种sigma(σ)因子基因,除σA外,其余6种属于选择性σ因子。通过σ因子进行基因表达调控是细菌调控网络中的重要组成部分,因此研究σ因子的功能和调控机制将有助于完善谷氨酸棒杆菌基因调控网络,进而有利于工业生产中菌种优化策略的制定。本文主要对谷氨酸棒杆菌中6种选择性σ因子的功能和调控机制做一综述,并且讨论了在研究选择性σ因子调控功能中需要注意的实验设计问题。最后探讨了选择性σ因子在实际应用中的价值及未来需要深入研究的方向,以期能够为谷氨酸棒杆菌调控网络的进一步完善以及选择性σ因子研究的规范化提供一些参考。     

理性代谢工程改造促进谷氨酸棒杆菌高效合成L-谷氨酸

L-谷氨酸是世界上第一大宗氨基酸产品,广泛应用于食品医药及化工等行业。以谷氨酸高产菌谷氨酸棒杆菌(Corynebacterium glutamicum) G01为出发菌株,首先通过敲除主要副产物丙氨酸合成相关基因-丙氨酸氨基转移酶编码基因(alaT),降低了发酵副产物丙氨酸含量。其次,α-酮戊二酸节点碳流量对谷氨酸合成起重要作用,因此,采用核糖体结合位点(ribosome-binding site,RBS)序列优化降低了α-酮戊二酸脱氢酶的活性,强化了谷氨酸合成代谢流。同时通过筛选不同来源的谷氨酸脱氢酶,加强了α-酮戊二酸内源转化为谷氨酸的能力。接着,对谷氨酸转运蛋白进行理性设计,提高了谷氨酸的外排能力。最后,对基于以上策略构建的整合菌株进行了5 L发酵罐发酵优化,通过梯度升温结合分批补料策略,谷氨酸产量为(136.33±4.68) g/L,较原始菌的产量(96.53±2.32) g/L提高了41.2%;糖酸转化率为55.8%,较原始菌的44.2%提高了11.6%;且降低了副产物丙氨酸的含量。以上策略一定程度上提高了谷氨酸的产量与糖酸转化率,可为谷氨酸生产菌株的代谢改造提供参考。     

Molecular Analysis of the Corynebacterium glutamicum Transketolase Gene

Transketolase is important in production of the aromatic amino acids in Corynebacterium glutamicum. The complete nucleotide sequence of the C. glutamicum transketolase gene has been identified. The DNA-derived protein sequence is highly similar to the transketolase of Mycobacterium tuberculosis, taxonomically related to C. glutamicum. The alignment of the N-terminus regions between both transketolases showed TTG to be the most probable start codon. Potential ribosomal binding and promoter regions were situated upstream from the TTG. The deduced amino acid sequence consists of 700 residues with a calculated molecular mass of 75 kDa, and contains all amino acid residues involved in cofactor and substrate binding in the well-characterized yeast transketolase sequence.     

The whcA gene plays a negative role in oxidative stress response of Corynebacterium glutamicum

In this study, we analyzed the whcA gene from Corynebacterium glutamicum , which codes for a homologue of the WhiB-family of proteins. Deletion of the gene did not affect the growth of the mutant cells, indicating that the whcA gene was not essential under ordinary growth conditions. However, cells overexpressing the protein not only showed retarded growth as compared with the wild-type or the Δ whcA mutant cells but also showed increased sensitivity to a variety of oxidants, such as diamide, menadione, and hydrogen peroxide. Thioredoxin reductase activity was repressed in the whcA -overexpressing cells, whereas its activity in the Δ whcA mutant strain was derepressed regardless of the presence of oxidative stress. The whcA gene was constitutively expressed throughout the growth phase and its expression level was not affected by oxidative stress. A set of proteins under the control of whcA were identified by two-dimensional polyacrylamide gel electrophoresis and they were annotated as NADH oxidase, alcohol dehydrogenase, quinone reductase, and cysteine desulfurase. The corresponding genes encoding the identified proteins were not transcribed in Δ sigH mutant cells. Collectively, these data suggest that the whcA gene of C. glutamicum plays a negative role in the sigH -mediated stress response pathway.     

乙酸合成途径阻断及NADH氧化酶表达对于谷氨酸棒杆菌生产乙偶姻的影响

【目的】研究乙酸合成途径阻断及NADH氧化酶表达对于谷氨酸棒杆菌生产乙偶姻的影响。【方法】在谷氨酸棒杆菌CGF2中异源表达als SD操纵子构建乙偶姻生产菌株CGT1,考察敲除乙酸生成途径cat和pqo对乙偶姻的影响。然后引入短乳杆菌的NADH氧化酶,在优化的溶氧条件下研究其对乙偶姻产量的影响。【结果】CGT1在摇瓶发酵中可积累6.27 g/L乙偶姻,敲除cat使乙偶姻产量显著提高30.94%,达到8.21 g/L;双敲除cat和pqo没有进一步提高产量。通过优化发酵的溶氧水平,乙偶姻产量达到10.06 g/L。在高溶氧水平下引入NADH氧化酶导致菌株的生长和糖代谢速率提高,但乙偶姻产量略有降低。在分批补料发酵中,重组菌株乙偶姻产量达到40.51 g/L,产率为0.51 g/(L?h)。【结论】在谷氨酸棒杆菌中阻断乙酸合成途径cat能够有效提高乙偶姻产量,NADH氧化酶在高溶氧水平下表达不利于乙偶姻的合成,需要进一步调节表达水平以确定其效果。     

谷氨酸棒杆菌TL1105的L-组氨酸生物合成途径分析

目的：对谷氨酸棒杆菌TL1105由葡萄糖生物合成L-组氨酸的代谢途径进行分析,以确定L-组氨酸合成的最佳途径和最大理论产率。方法：运用METATOOL软件对谷氨酸棒杆菌TL1105合成L-组氨酸进行途径分析。结果：确定了L-组氨酸合成的最佳途径,并确定最大理论产率为1．2;通过比较途径分析所获得的基础反应模型,确定了5-磷酸核糖焦磷酸是L-组氨酸合成途径的关键节点,并且确定了谷氨酸的大量合成是L-组氨酸合成的重要前提;添加谷氨酸,L-组氨酸的产量提高了39．2％。结论：以途径分析为指导,改变外界环境因子,L-组氨酸的产量得到显著的提高。     

Molecular and biochemical characterization of mechanosensitive channels in Corynebacterium glutamicum

Database searches in the Corynebacterium glutamicum genome sequence revealed homologs of the mechanosensitive channels MscL and YggB of Escherichia coli. To elucidate the physiological role of these putative channels deletion mutants were constructed. Betaine efflux induced by osmotic downshock of the mscL deletion mutant was nearly identical to that of the wild-type, whereas the yggB deletion mutant showed a reduced efflux rate. Interestingly, the double deletion strain, which was expected to have an even more decreased capability of betaine excretion, had only a slightly reduced efflux rate compared to the wild-type and did not show an increased mortality after osmotic downshift. These results led to the hypothesis that C. glutamicum may possess a third type of mechanosensitive channel not related to the MscL and YggB/KefA families. Furthermore it is unlikely that an MscM-like activity is responsible for the betaine efflux, because of the high transport capacity detected in the double deletion mutant.     

L-精氨酸生物合成的代谢流量分析

建立并完善了谷氨酸棒杆菌GWY020及其2个逐步叠加不同遗传标记的突变株HUI821和GUI089合成L-精氨酸的中心代谢网络。分别测定了它们在特定培养时段(50 h~52 h)L-精氨酸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3株菌在拟稳态下的代谢流量分布图, 进而研究育种过程中不同遗传标记的叠加对代谢网络中L-精氨酸合成流量分布的影响。结果表明遗传标记的引入使流量分配发生了重大变化, 节点处的流量分配朝着有利于L-精氨酸合成的方向改变。从代谢流量分析角度上, 证明结构类似物抗性和敏感性突变是代谢流导向和设计育种的有效手段, 代谢流量分析将成为设计育种的提供新思路。     

溶氧量与谷氨酸棒杆菌代谢

正自从1957年Kinoshita等首次描述谷氨酸棒杆菌(Corynebacterium glutamicum)为谷氨酸产生菌[1]以来,其已成为用于氨基酸生产的主要菌株。目前,全世界每年利用谷氨酸棒杆菌生产约100万t L-谷氨酸用于食品调味剂和约45万t L-赖氨酸用作食品添加剂[2]。通过谷氨酸棒状杆菌发酵获得谷氨酸的发酵水平已较高,通过进一步优化工艺来提高产量具有较大困难[3]。     

L-精氨酸生物合成的代谢流量分析

建立并完善了谷氨酸棒杆菌GWY020及其2个逐步叠加不同遗传标记的突变株HUI821和GUI089合成L-精氨酸的中心代谢网络.分别测定了它们在特定培养时段(50 h～52 h)L-精氨酸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3株菌在拟稳态下的代谢流量分布图,进而研究育种过程中不同遗传标记的叠加对代谢网络中L-精氨酸合成流量分布的影响.结果表明遗传标记的引入使流量分配发生了重大变化,节点处的流量分配朝着有利于L-精氨酸合成的方向改变.从代谢流量分析角度上,证明结构类似物抗性和敏感性突变是代谢流导向和设计育种的有效手段,代谢流量分析将成为设计育种的提供新思路.