微生物合成γ-聚谷氨酸的相关基因、合成机理及发酵的研究进展

γ-聚谷氨酸(γ-PGA)是一种天然的氨基酸聚合物,由于其水溶性好、可生物降解、食用,以及对人类、动物和环境无毒等特点,因此,在环境、医药、食品和化妆品、饲料添加剂等领域有广泛的应用前景。主要是对微生物合成γ-PGA所采用的菌株、相关基因、合成机理及发酵方面进行综述。     

微生物聚谷氨酸(γ-PGA)合成酶及合成机理的研究进展

γ-PGA是一种可降解的、水溶性的,对人体无毒的生物高分子。目前发现多种微生物能合成γ-PGA,包括芽孢杆菌、古生菌和一种真核生物。γ-PGA合成基因可分为capB、capC、capA、capE和pgsB、pgsC、pgsA和pgsE,其表达产物组成的γ-PGA合成酶复合体与细胞膜结合,并消耗ATP及底物谷氨酸进而合成γ-PGA,其中CapB-CapC(或者PgsB-PgsC)主要负责γ-PGA的聚合作用,而CapA-CapE(或者PgsA-PgsE)则作用于γ-PGA的转运。ComP-ComA、DegS-DegU、DegQ、SwrA和pgsB上游的非编码区则对pgsB、C、A和E的表达起重要影响。     

产γ-聚谷氨酸枯草芽胞杆菌菌株的高效诱变及发酵条件优化

以产γ-聚谷氨酸(γ-PGA)枯草芽胞杆菌菌株SY-ND为出发菌株,采用新型常压室温等离子体技术对其进行诱变以期获得高产菌株,在诱变致死率为80%~98%的条件下,通过检测突变菌株发酵产γ-PGA的量,筛选得到一株高产菌株SY-ND-SFX029。通过正交试验优化得出最佳培养基条件为:蛋白胨8.0g·L-1、蔗糖45.0g·L-1、L-谷氨酸钠35.0g·L-1。依照该条件经过48h发酵,菌株SY-ND-SFX029的γ-PGA产量达35.3g·L-1,比出发菌株SY-ND的γ-PGA产量18.9g·L-1提高86.8%。     

一株非谷氨酸依赖型聚γ-谷氨酸高产菌株的鉴定与诱变育种

从发酵制品中分离到一株不依赖谷氨酸作为发酵底物的高产菌株PGA-N, 通过形态、生理生化试验和遗传学研究, 确定PGA-N为地衣芽胞杆菌(Bacillus licheniformis)。根据该菌株的产生环境, 设计了无L-谷氨酸发酵基础培养基, 并对该培养基进行了碳氮源优化和菌种诱变筛选。PGA-N经过亚硝基胍和紫外线诱变筛选后得一突变株——PGA-N-C10, 其γ-PGA的产量提高到8.82 g/L。实验还考察了搅拌转速与细胞生物量、γ-PGA产量以及γ-PGA分子量之间的关系, 在搅拌速度为400 r/min时, γ-PGA产率可高达11.00 g/L。     

生物絮凝剂γ-聚谷氨酸絮凝性能研究

研究了枯草芽孢杆菌NX-2制备的生物絮凝剂γ-聚谷氨酸(γ-PGA)的絮凝活性。γ-PGA对高岭土、活性炭等悬浮液具有较高的絮凝活性,絮凝活性稳定,热稳定性好,用量高于10mg／L时适用pH范围宽,最适投加浓度为20mg/L,加入Ca^2 、Mg^2 、Fe^3 、Al^3 、Fe^2 、Na^ 等金属离子能不同程度增强γ-PGA的絮凝活性,其中Ca^2 助凝效果最高。使用Ca^2 作助凝离子可降低γ-PGA用量,但Ca^2 浓度过高会明显降低γ-PGA的絮凝活性。还研究了γ-PGA对电镀废水的处理效果,实验证明γ-PGA能有效降低电镀废水中Cr^ 3、Ni^ 2等离子的浓度。     

溶解氧对γ-聚谷氨酸合成的影响

在5L发酵罐上研究了溶解氧(DO)对地衣芽孢杆菌分批发酵生产γ-聚谷氨酸(γ-PGA)的影响并考察在8h、32h、56h时,葡萄糖激酶、6-磷酸葡萄糖脱氢酶、丙酮酸脱氢酶、异柠檬酸脱氢酶和谷氨酸脱氢酶的活性及对应时间点上γ-PGA的生产速率。通过溶解氧电极和搅拌转速的串联控制发酵过程中溶解氧水平,发现高溶解氧(60%)水平和低溶解氧(10%)水平均不能高效积累γ-PGA。6-磷酸葡萄糖脱氢酶活性的提高对产物的积累有抑制作用,葡萄糖激酶和谷氨酸脱氢酶的酶活提高对产物积累有促进作用,过高的丙酮酸脱氢酶和异柠檬酸脱氢酶的活性在一定程度上可以促进菌体生长但不利于产物的积累。此外,通过对三种不同DO水平下γ-PGA生物合成途径中相关代谢流量的计算表明,在p H 6.5的条件下,对于谷氨酸依赖型生产菌株,提高外源谷氨酸利用率可以促进γ-PGA的生物合成。     

γ-多聚谷氨酸的生物合成及其相关基因

综述了γ 多聚谷氨酸 (γ PGA)的研究进展。γ PGA是一种高分子可降解生物材料 ,目前 ,高产菌株的产量为 5 4 45～ 5 8 0 8g L ,多用E 培养基 ,发酵温度为 37℃ ,影响产率的因素为碳源、NaCl浓度、通气量和金属离子。用超滤和乙醇沉淀的方法提取分离纯化γ PGA。讨论了γ PGA生物合成机制及其相关基因的克隆、定位和功能。最后简述了γ PGA的应用与展望。     

一株不需谷氨酸的产聚γ-谷氨酸菌株的筛选与鉴定

从豆制品中分离得到17株不依赖谷氨酸作为发酵底物的γ-PGA生产菌株,分别以氨盐和葡萄糖作为氮源和碳源的培养基进行好氧发酵,并测定发酵液中PGA的含量,对其中一株PGA高产菌株PGA-O-7进行了形态、生理生化和遗传学研究,结果表明PGA-O-7为枯草芽孢杆菌(Bacillus subtilis)。在以葡萄糖为碳源、硫酸铵为氮源的发酵培养基中,30℃振荡培养3d,PGA产量可达到2.8mg/mL。     

聚γ-谷氨酸高产菌的选育与培养基优化

利用合成培养基为筛选培养基,以枯草芽孢杆菌(Bacillus subtilis)B6-1为出发菌株,经过三轮紫外线诱变和一轮硫酸二乙酯诱变得到了聚γ-谷氨酸高产突变株枯草芽孢杆菌W003,摇瓶液体发酵的聚γ-谷氨酸产量由出发菌株的10.9 g/L提高到20.5 g/L.单因素实验结果表明,该菌产聚γ-谷氨酸的合适碳源为葡萄糖,氮源为硫酸铵.通过正交实验得到了优化的培养基配方,经36h液体发酵,聚γ-谷氨酸产量可达到45.3 g/L.     

一种检测新型生物高分子材料聚γ-谷氨酸的新方法

通过聚γ-谷氨酸（γ-PGA）与氯化十六烷基吡啶（CPC）的乙酸钠水溶液反应形成混悬液,采用分光光度计于波长680nm处比浊,研究γ-PGA浓度与吸收度之间的线性关系,并研究本方法测定γ-PGA的稳定性、重现性和回收率。在一定pH值和离子强度下,γ-PGA在12.5~50μg/ml范围内与CPC的乙酸钠水溶液生成的混悬液在波长680nm处的吸收度与其浓度呈线性关系,R2=0.9939.本方法在2h内吸收度保持稳定(RSD=0.154%,n=10 ),CPC法测定浓度为5,10和 40μg/ml时的平均回收率分别为86%,77%和99.75%,RSD分别为0.14%,0.23%和0.025%应用比浊法测定γ-PGA的含量方便、简洁、重现性好,可用于γ-PGA浓度的检测。     

磷脂酰肌醇3-激酶γ/δ与炎症相关疾病

磷脂酰肌醇3-激酶(PI3K)是一类脂质与蛋白激酶家族,其主要通过在磷脂酰肌醇的肌醇环三位进行磷酸化产生胞内重要的第二信使——磷脂酰肌醇-3,4,5-三磷酸(phosphatidyl inositol 3,4,5-trisphosphate,PIP3)而发挥作用.磷脂酰肌醇3-激酶γ/δ(PI3Kγ/δ)是I类PI3K家族中的成员,其主要表达于免疫相关细胞中,这2种PI3K亚型参与先天性与获得性免疫应答.因此,PI3Kγ/PI3Kδ被视为因免疫反应调控异常导致的炎症疾病的治疗药物靶点.目前,利用特异性抑制剂靶向干预PI3Kγ和/或PI3Kδ,成为炎症相关疾病治疗的新策略.本文简介了PI3Kγ与PI3Kδ在不同类型免疫细胞中的功能;并就采用小分子特异性抑制剂,靶向抑制PI3Kγ和/或PI3Kδ在各类炎症相关疾病中的治疗作用和效果进行综述.     

聚谷氨酸在医药领域的应用

聚谷氨酸是一种天然的氨基酸聚合物,具有强的水溶性、生物相容性、生物可降解性、无毒等特性,是一种新型绿色环保的生物材料。聚谷氨酸作为药物载体、疫苗佐剂、医用粘合剂和组织工程材料等应用于医药领域时,可表现出更好的生物相容性、更低的生物毒性,可提高药物的靶向性,可有效提高药效,改善药物或材料的性能,因此具有十分广阔的应用前景。本文综述了聚谷氨酸在医药领域的的应用,为下一步的研究和商业化的应用提供参考。     

枯草杆菌NX-2聚谷氨酸解聚酶的克隆表达及其降解性质研究

利用PCR技术从γ-聚谷氨酸产生菌Bacillus subtilis NX-2的基因组DNA上扩增出聚谷氨酸内切解聚酶基因(ywtD),克隆后测序,对该基因编码区进行了序列分析,比对结果表明本文扩增的ywtD基因编码与文献报道的序列相似性为99.0%,碱基的差异均表现为碱基取代,仅有一个碱基取代导致编码氨基酸的变化,即第349位密码子由GCC变为GTC。将ywtD基因克隆入表达载体pET15b中,该载体转化大肠杆菌Rosetta(DE3),经0.5mmol/L IPTG诱导,外源解聚酶蛋白获得高效表达。利用酶的初提液对聚谷氨酸进行降解,结果显示经72小时解聚酶作用后,γ-PGA分子量从700kDa降到20kDa,此后随作用时间的延长,聚谷氨酸分子量趋于定值。     

嗜热四膜虫胱硫醚γ-裂解酶Cgl1的表达、定位及功能分析

含硫氨基酸在不同的生物体中具有重要调节功能,转硫途径相关酶促进半胱氨酸的生成和硫化氢产生。本研究从嗜热四膜虫中鉴定一种胱硫醚γ-裂解酶（cystathionine γ-lyase 1,CGL1,TTHERM_00052400）基因。CGL1在营养生长期高水平表达,而在饥饿阶段和有性生殖期,维持在较低的表达水平。通过密码子优化,人工合成CGL1基因,构建重组表达质粒pGEX-CGL1,转化大肠杆菌BL21(DE3)。E.coli/pGEX-CGL1表达重组蛋白质GST-Cgl1,并通过亲和层析获得纯化。GST-Cgl1裂解胱硫醚产生半胱氨酸,也具有裂解半胱氨酸和同型半胱氨酸产生H2S的活性。进一步构建重组质粒pNEO4-3HA-CGL1和pSMC1hpNEO-CGL1,转化四膜虫细胞,获得带有HA标签和干扰CGL1的突变体细胞株。免疫荧光定位表明,HA-Cgl1生长期定位在亲本大核,饥饿期定位在细胞质,有性生殖前期定位在亲本大核,而在后期定位在胞质中。CGL1干扰的突变体细胞株在有性生殖过程中不能形成合子核,发育中的小核异常降解,产生仅有大核的异常单细胞。结果表明,嗜热四膜虫含有进化中保守的胱硫醚γ-裂解酶Cgl1。Cgl1具有产生和裂解半胱氨酸的活性。Cgl1定位在细胞质和细胞核中,参与了有性生殖过程细胞核的发育。     

Influence of Glutamic Acid Enantiomers on C‐mineralization

Seasonal dynamics in the mineralization of glutamic acid enantiomers in soils from selected ecosystems was determined and subjected to a range of treatments: ambient x elevated CO₂ level and meadow x dense x thinned forest environment. Mineralization of glutamic acid was determined by incubation of the soil with 2 mg L‐ or D‐glutamic acid g^‐1 of dry soil to induce the maximum respiration rate. Mineralization of glutamic acid enantiomers in soils fluctuates over the course of a vegetation season, following a similar trend across a range of ecosystems. Mineralization is affected by environmental changes and management practices, including elevated CO₂ level and thinning intensity. L‐glutamic acid metabolism is more dependent on soil type as compared to metabolism of its D‐enantiomer. The results support the hypothesis that the slower rate of D‐ compared to L‐ amino acid mineralization is due to different roles in anabolism and catabolism of the soil microbial community. Chirality 27:104–108, 2015. © 2014 Wiley Periodicals, Inc.     

利用基因工程改良植物类胡萝卜素的合成

类胡萝卜素(carotenoids)是植物体内存在的一类重要天然色素物质的总称,其生物功能广泛.类胡萝卜素是人类饮食结构中重要的组成部分,并且在医药、化妆品及食品与饲料工业等方面扮演着重要的角色.类胡萝卜素还是一些维生素合成的前体,具有多种保健功能,可以提高人体免疫力,并具有抗癌的功效.目前有大量关于提高植物体内类胡萝卜素含量及定向改变其种类的研究,对类胡萝卜素代谢途径及其调控的理解是这些研究的基础.主要阐述植物天然类胡萝卜素的生物合成及利用基因工程对类胡萝卜素改良的研究进展.     

植物抗细菌病害基因工程的研究进展及应用前景

植物抗细菌病害基因工程的主要方法包括 :抑制细菌致病和毒性因子 ,激活植物本身抗病机制 ,导入植物防御基因 ,导入非植物抗菌蛋白的编码基因 ,利用细胞调亡反应控制病害的发生。本文综述了这方面的研究进展及应用前景。     

抗植物细菌病害基因工程的研究进展

综述了利用基因工程技术提高植物抵抗细菌病害能力的研究进展。植物抗细菌病害基因工程的方法包括：阻断病原细菌的致病途径,强化植物抗病反应及其信号转导途径,导入植物防御基因,导入非植物源抗菌蛋白的编码基因,利用细胞调亡反应控制病害的发生。随着基因组学和功能基因组学的发展,和对植物与病原细菌之间相互作用更深入的了解,植物抗细菌病害基因工程所面临的问题会逐步得到解决,因此利用植物基因工程技术培育抗病品种将具有广阔的应用前景。     

CRISPR/Cas系统的研究进展及其在畜禽遗传改良中的应用前景

广泛存在于细菌和古细菌中的CRISPR/Cas系统是通过介导外源DNA降解来实现抵抗病毒和外源DNA入侵的一种适应性免疫保护机制,也是新近发展起来的基因组定点编辑技术。从基本结构、作用机制、分类、运用等方面详细地介绍了CRISPR/Cas系统,并分析了该技术在畜禽遗传改良中的运用前景。