丙酮酸钠对E．coli CCTCCM208088发酵生产聚唾液酸的影响

研究了丙酮酸钠对E．coliCCTCCM208088发酵生产聚唾液酸的影响。首先在摇瓶水平上优化了丙酮酸钠的添加策略：发酵初始培养基中添加6g／L丙酮酸钠,聚唾液酸的产量达到最高水平3．47g／L,相比空白相比提高了73％,聚唾液酸产率（YP／（x．s））提高了125％。在30L发酵罐中,添加丙酮酸钠使聚唾液酸产量达到了6．6g／L,相对照提高了53．5％。通过有机酸分析,添加丙酮酸钠增强了菌体内三羧酸循环．可能导致胞内能荷水平的提高．从而促进了聚唾液酸的合成。     

大肠杆菌NAD+合成关键酶的克隆表达及发酵优化

【目的】烟酰胺腺嘌呤二核苷酸(NAD~+)在细胞基因表达、氧化还原反应、能量代谢以及调控细胞生命周期中具有重要的作用,其细胞内含量是能量效率的关键因素。强化辅因子合成策略,获得高产NAD~+菌株,对于NAD~+依赖型氧化还原反应的速率和调节相关生化合成途径的代谢流具有重要意义。【方法】首先通过内源性调节,对代谢途径中的关键酶基因进行强化,过量表达和共表达NAD~+合成途径中的关键酶基因pncB、nadD和nadE;其次,通过外源调节增加NAD~+前体物,优化诱导条件提高发酵过程中关键酶的表达量,增加NAD~+的合成量;最后在单因素优化试验的基础上,以NAD~+含量为响应值,采用Box-Bohnken试验设计方法,研究3个显著性影响因素相互作用对NAD~+积累量的影响,确定最佳的优化条件。【结果】根据关键酶基因强化策略,构建了7株重组菌,其中重组菌E.coli BL21/p ET-21a-nad E-pncB胞内NAD~+含量相比初始菌株E.coli BL21/pET-21a提高了405.2%。通过对该菌株诱导条件和NAD~+合成前体的优化,使用Design Expert 8.0分析实验数据,得出该重组菌株的最佳发酵条件为:诱导温度控制在15–20 oC,OD_(600)为0.6–0.8时添加IPTG 0.63 mmol/L、烟酸15.8 mg/L、诱导时长控制在24 h。NAD~+含量在最优条件下实验验证值可达43.16μmol/g DCW,与优化前相比提高了123.6%,与初始菌株相比提高了1029.8%。【结论】在大肠杆菌中共表达关键酶基因pncB和nadE,胞内NAD~+合成量明显增加,前体物以及诱导条件的外源调节使NAD~+积累量达到最佳优化值。实现了提高NAD~+含量的目标,胞内辅因子浓度的增加为提高生物催化效率奠定了可行性基础。     

胞内氧化还原水平对嗜热厌氧乙醇菌 发酵代谢的影响

辅酶NADH/NAD+在细胞内氧化还原反应中起着重要的作用,是细胞生长和能量代谢必不可少的辅因子。调节微生物胞内NADH/NAD+的比率是定向改变微生物代谢,高效获得目标代谢产物的有效手段。嗜热厌氧乙醇菌(Thermoanaerobacter ethanolicus)是高温厌氧菌中乙醇产量较高的代表性菌株,本文利用不同氧化还原态的碳源改变T.ethanolicus的胞内NADH/NAD+含量和比例,进而研究了其对细胞生长、代谢产物分布的影响。以不同比例的葡萄糖/甘露醇作为混合碳源发酵,胞内氧化还原水平、细胞的生长特性、代谢产物都发生了不同程度的差异,以葡萄糖作为唯一碳源进行培养时,T.ethanolicus生长良好,乙醇产量为0.79g/L,但胞内NADH/NAD+比值和乙醇/乙酸的比值都比较低,分别为0.47和4.82;随着葡萄糖在混合碳源中比例的下降,NADH/NAD+比值增高,发酵产物中乙醇/乙酸比值也呈现上升的趋势。而以甘露醇作为唯一碳源时,发酵产物中乙醇浓度为0.389g/L,NADH/NAD+比值和乙醇/乙酸的比值分别为1.04和16.0。     

甘油对粒毛盘菌DP5胞外多酚积累的影响

【目的】探明以甘油为碳源促进粒毛盘菌DP5积累多酚的可能原因。【方法】对碳源种类、甘油浓度、曲酸、抑制剂和前体等对多酚产量和生物量的影响进行分析。【结果】以甘油为碳源,能显著提高粒毛盘菌胞外多酚产量。甘油浓度为20 g/L时,胞外多酚产量最高,达到0.664 g GAE/L,并在发酵液中检测到曲酸,其含量为0.25 g/L。向以蔗糖为碳源的发酵液添加曲酸,胞外多酚含量从0.209 g GAE/L提高至0.376 g GAE/L。以甘油为碳源的发酵液中,酚氧化酶活性较低。粒毛盘菌DP5通过莽草酸途径和聚酮途径合成多酚,甘油有利于莽草酸途径和聚酮途径前体物质的合成。【结论】粒毛盘菌以甘油为碳源合成出曲酸,曲酸抑制多酚向黑色素的转化;甘油促进多酚前体的合成,从而提高了粒毛盘菌胞外多酚的积累量。     

关键酶基因转录水平对重组大肠杆菌合成NAD+的影响

【目的】烟酰胺腺嘌呤二核苷酸(nicotinamide adenine dinucleotide)是生物体内一种重要的辅因子,其细胞内含量对于NAD⁺依赖型氧化还原反应和有关生化合成代谢具有重要意义。为强化辅因子合成,本文通过不同诱导条件下关键酶基因转录水平与产物合成水平的相关性分析,利用增加正向关键酶基因拷贝数策略提高胞内氧化型辅酶NAD+的浓度。【方法】以实验室前期构建的大肠杆菌NA016为出发菌株,分别从诱导温度、诱导剂浓度、诱导时机三个方面进行了诱导条件的优化,并利用实时荧光定量PCR(RT-qPCR)技术对代谢改造中的有关过表达基因进行了转录水平分析,确定了NAD+~含量与这些过表达基因转录水平之间的相关性,增加对NAD⁺合成代谢具有正向作用的基因拷贝数以进一步提高胞内NAD+水平。【结果】通过诱导条件优化实验确定菌株NA016的最适诱导温度,在诱导时机为OD600达到0.6时加入0.8mmol/L的IPTG可使胞内NAD+含量提高35.37%;转录水平方面分析发现基因nadE和pncB的表达对NAD+的合成具有正向调节作用。进一步...     

NADPH缺陷型Corynebacterium glutamicum重组菌株的构建及其性能分析

[目的]改造谷氨酸棒杆菌(Corynebacterium glutamicum)中NADPH合成途径,阻断胞内NADPH的合成,获得1株NADPH营养缺陷型菌株。[方法]通过失活L-赖氨酸高产菌C. glutamicum Lys-χ中葡萄糖-6-磷酸脱氢酶(Zwf)和苹果酸酶(MalE)并将NADP~+依赖型异柠檬酸脱氢酶(NADP~+-Icdcg)替换成变形链球菌(Streptococcus mutans)中的NAD~+-Icdsm,阻断胞内NADPH的合成。随后结合辅因子工程,引入大肠杆菌(Escherichia coli)中膜结合吡啶核苷酸转氢酶(PntAB)并通过不同强度启动子控制PntAB的表达水平。最后,分析不同重组菌中胞内氧化还原水平和L-赖氨酸生产强度的变化。[结果]重组菌C.glutamicum Lys-χΔZMI_(Cg)::I_(Sm)(即Lys-x1)胞内检测不到NADPH,为1株NADPH营养缺陷型菌株。该重组菌只在以葡萄糖酸为碳源的基础培养基中生长和积累L-赖氨酸,而以葡萄糖、丙酮酸、α-酮戊二酸和草酰乙酸为碳源时无法生长。此外,表达E.coli中的PntAB可回补重组菌Lys-χ1胞内NADPH的水平,但由于不同强度启动子控制PntAB表达水平不同,重组菌胞内NADPH水平也不同,并影响L-赖氨酸的生产强度。[结论]重组菌Lys-χ1可作为有效的底盘细胞,用于考察不同的NADPH再生策略,获得不同胞内NADPH水平的重组菌株,为进一步阐明NADPH调控微生物细胞生理代谢功能的机制提供研究基础。     

锗对霍山石斛类原球茎悬浮培养细胞生长和多糖合成及氧化还原态的影响

为解决霍山石斛类原球茎液体培养细胞生长缓慢和代谢水平低下的问题,研究了不同浓度的锗(GeO2)对霍山石斛类原球茎增殖、多糖合成及碳氮利用的影响,分析了类原球茎细胞内还原糖、可溶性蛋白质含量、抗氧化酶活性以及细胞氧化还原态的变化。结果表明,适当浓度的二氧化锗(4.0mg/L)显著促进霍山石斛类原球茎的增殖和多糖的积累,最大细胞干重为32.6g/L,最大多糖产量为3.78g/L;显著提高胞内还原糖和可溶性蛋白质含量,超氧化物歧化酶和过氧化氢酶的活性明显升高,而过氧化物酶的活性则有所降低;氧化还原态分析发现,二氧化锗处理的细胞内还原型谷胱甘肽/氧化型谷胱甘肽的值明显提高,谷胱甘肽还原酶活性升高。添加适量的二氧化锗有利于细胞生长和多糖合成。     

腺苷三磷酸和环腺苷单磷酸对丝状真菌纤维素酶合成的调节

以虫荧光素酶法检验了四株丝状真菌在葡萄糖—无机盐液体培养过程中的胞内ATP含量。结果表明,只有当胞内ATP浓度低于10~(-S)mg/ml时,真菌才开始合成胞外纤维素酶(FPA)。以不同浓度的各种碳源培养时,菌体胞内ATP含量只要超过10~(-1)mg/ml,FPA的合成即发生阻遏。菌体胞内ATP含量与FPA合成呈显著负相关。以高效液相色谱(HPLC)法检测了菌体培养液中的cAMP含量。在非阻遏条件下,外源cAMP可以提高FPA的合成水平。但外源cAMP不能解除已经发生的酶合成阻遏。菌体ATP和cAMP水平是调节真菌纤维素酶合成的重要因子。     

基因工程法合成间苯三酚

为进一步提高生物法合成间苯三酚的效率,探究生物合成间苯三酚的分子机理以及更加高效的发酵条件和培养基成分。对来自荧光假单胞菌(Pseudomonas fluorescens)的phl D基因进行了克隆,在BL21(DE3)中重建间苯三酚的胞内合成途径,超表达多重抗药基因正向调节因子(mar A)和乙酰辅酶A羧化酶(ACCase),并分析不同碳源及培养基离子环境对间苯三酚积累量的影响。结果显示,成功构建间苯三酚胞内合成途径,产量达到450 mg/L,mar A基因能够提高工程菌对间苯三酚抵抗力,使间苯三酚产量提高到1 060 mg/L;ACCase能够提高胞内丙二酰辅酶A的含量,使间苯三酚产量提高到2 120 mg/L;葡萄糖、甘油和丙酮酸钠三种碳源的比较中,葡萄糖对合成间苯三酚最为有利,分别是甘油和丙酮酸钠的1.8倍和2.4倍;培养基中钙镁离子对间苯三酚的合成没有影响。mar A和ACCase基因的超表达能大大提高间苯三酚生物合成的效率,以葡萄糖为碳源的无钙镁培养基为间苯三酚发酵的最适培养基。     

温度对丙酮酸生物合成动力学、能荷和氧化-还原度的影响

在光滑球拟酵母(Torulopsis glabrata620)生产丙酮酸的过程中,温度对丙酮酸生物合成有着重要的影响。考察了不同发酵温度下基质消耗、细胞生长、丙酮酸合成及能荷水平和氧化-还原度等方面的差异。在恒温发酵中,维持较高的发酵温度可以增强糖耗,促进菌体生长,加速丙酮酸积累,但前期胞内能荷水平较高,菌体消耗较多葡萄糖合成菌体,后续产酸能力不足,导致丙酮酸得率降低;维持较低的发酵温度可以在发酵后期提供稳定的产酸能力,但菌体代谢缓慢,后期胞内NADH/NAD 水平较高,丙酮酸生产强度降低。因此仅仅采取单一的温度控制策略很难达到丙酮酸高产量、高产率和高生产强度的统一。     

Investigation of the mechanism of temperature sensitivity of the electroreceptors of ampullae of lorenzini

In experiments on Black Sea skates (Raja clavata), the potential of the receptor epithelium of the ampullae of Lorenzini and spike activity of single nerve fibers connected to them were investigated during electrical and temperature stimulation. Usually the potential within the canal was between 0 and –2 mV, and the input resistance of the ampulla 250–400 k. Heating of the region of the receptor epithelium was accompanied by a negative wave of potential, an increase in input resistance, and inhibition of spike activity. With worsening of the animal's condition the transepithelial potential became positive (up to +10 mV) but the input resistance of the ampulla during stimulation with a positive current was nonlinear in some cases: a regenerative spike of positive polarity appeared in the channel. During heating, the spike response was sometimes reversed in sign. It is suggested that fluctuations of the transepithelial potential and spike responses to temperature stimulation reflect changes in the potential difference on the basal membrane of the receptor cells, which is described by a relationship of the Nernst's or Goldman's equation type.I. P. Pavlov Institute of Physiology, Academy of Sciences of the USSR, Leningrad. I. M. Sechenov, Institute of Evolutionary Physiology and Biochemistry, Academy of Sciences of the USSR, Leningrad. Pacific Institute of Oceanology, Far Eastern Scientific Center, Academy of Sciences of the USSR, Vladivostok. Translated from Neirofiziologiya, Vol. 12, No. 1, pp. 67–74, January–February, 1980.     

Principles of organization and evolution of systems of regulation of functions

Evolution of living organisms is closely connected with evolution of structure of the system of regulations and its mechanisms. The functional ground of regulations is chemical signalization. As early as in unicellular organisms there is a set of signal mechanisms providing their life activity and orientation in space and time. Subsequent evolution of ways of chemical signalization followed the way of development of delivery pathways of chemical signal and development of mechanisms of its regulation. The mechanism of chemical regulation of the signal interaction is discussed by the example of the specialized system of transduction of signal from neuron to neuron, of effect of hormone on the epithelial cell and modulation of this effect. These mechanisms are considered as the most important ways of the fine and precise adaptation of chemical signalization underlying functioning of physiological systems and organs of the living organism