生物法合成3-羟基丙酸的研究进展

3-羟基丙酸是一种重要的平台化合物,应用广泛。生物法是实现高效合成3-羟基丙酸的重要手段,近年来发展迅速。针对3-羟基丙酸的天然合成途径、工程合成途径,特别是利用葡萄糖、甘油等廉价底物合成3-羟基丙酸的代谢工程进展进行了综述和比较。同时,对生物法合成3-羟基丙酸的主要问题进行了讨论,并提出了解决相关问题的建议。另外,根据现阶段的研究进展,对3-羟基丙酸的产业化发展进行了展望。     

3-羟基丙酸高产菌株的筛选及诱变选育

【目的】3-羟基丙酸是一种重要的化学平台化合物,期望得到一株能够高产3-羟基丙酸的菌株。【方法】从土壤及粪便筛选并对得到的菌株进行鉴定和复合诱变。【结果】得到了一株能够利用丙酸发酵生产3-羟基丙酸的酵母Y-11,经生理生化鉴定及18S rDNA序列分析确定其为Candida sp.(假丝酵母)。以Y-11为出发菌株,经紫外-亚硝基胍-60Coγ复合诱变得到了突变性状稳定且可遗传的高产菌株5-13B,其3-羟基丙酸的产量为11.78 g/L,是出发菌株的2.46倍。【结论】对出发菌株和突变株的发酵特性进行了比较,结果表明突变株的3-羟基丙酸产量、对底物丙酸的转化率、产物3-羟基丙酸的积累性能及丙酸的耐受性均优于出发菌株。     

3-羟基丙酸分批发酵过程中的pH控制策略研究

本文利用重组大肠杆菌以甘油为底物发酵合成3．羟基丙酸,考察了不同pH对3．羟基丙酸产量及菌体生长的影响,发现在pH6．5条件下,细胞比生长速率达到最大值,延迟期也相对较短;而pH7．0有利于3-羟基丙酸的合成,控制pH7．0可以使3-羟基丙酸产量达到7．39g／L。基于不同pH条件下对细胞比生长速率和3-羟基丙酸比生成速率的分析,提出3．羟基丙酸分批发酵过程中的pH控制策略,即在发酵过程前5h将pH控制在6．5,5h～15h控制pH为7．0,此时有利于细胞生长;而后在15h-25h控制pH为7．5,25h后控制pH为7．0,从而使细胞具有较高的3．羟基丙酸比合成速率。在此控制策略下经过34h发酵3-羟基丙酸的终产量达到8．76g／L,比pH7．0条件下的3-羟基丙酸产量提高了18．54％。     

新型固碳途径—3-羟基丙酸循环的研究进展

3-羟基丙酸循环是一种存在于嗜热光合绿丝菌中新型的CO2固定途径.此循环的特征代谢中间物为3-羟基丙酸,该化合物可用于合成许多重要的化工产品,具有很高的工业价值.本文介绍了3-羟基丙酸循环固碳途径的发现、反应机理的逐步阐明过程及最新的研究进展,并对其理论意义和在绿色化工中的应用前景进行了探讨.     

生物法合成3-羟基丙酸的研究进展

从3-羟基丙酸的性质出发,介绍了生物法合成3-羟基丙酸以及它在生物体内的五种代谢途径,此外还简要介绍了3-羟基丙酸在合成生物聚酯、抗植物病虫害上的一些应用。     

甘油脱水酶再激活因子提高重组大肠杆菌3-羟基丙酸合成能力

甘油脱水酶是甘油转化3-羟基丙酸生物合成途径中的关键性限速酶,然而底物甘油的存在会抑制该酶的活性,从而引起3-羟基丙酸合成量的下降.因此解除底物甘油对甘油脱水酶活性的抑制作用,是提高生物合成3-羟基丙酸产量的方法之一.克隆来源于克雷伯氏菌(Klebsiella pneumoniae)的甘油脱水酶编码基因dhaB、甘油脱...     

产3-羟基丙酸重组菌的构建及其转化甘油的研究

将连接编码甘油脱水酶的基因重组质粒pEtac-dhaB和连接编码乙醛脱氢酶编码基因aldh的重组质粒pUCtac共转化大肠杆菌,得到产3-羟基丙酸重组大肠杆菌JM109(pUCtac-aldh,pEtac-dhaB),并对影响该重组菌发酵的营养因子进行研究.试验结果表明:该重组菌转化甘油合成3-羟基丙酸的适宜培养基组成为甘油40 g/L、酵母膏6 g/L、维生素B12 0.02 g/L以及KH2PO4 7.5 g/L; 3-羟基丙酸产量和转化率分别达到4.92 g/L和12.3 %.     

生物合成3-羟基丙酸的代谢工程研究进展

3-羟基丙酸(3-HP)作为一种重要的平台化合物,以此为底物能够合成多种具有商业潜质的生物制品。野生菌合成3-HP产量较低,严重限制3-HP的大规模应用与生产,通过改造合成代谢通路的相关基因,构建以廉价底物为碳源的工程菌株,实现降低生产成本提高产量的目的。文中将对近年来国内外通过代谢工程合成3-羟基丙酸的研究进展进行概述,并对甘油途径、丙二酸单酰辅酶A途径、β-丙氨酸等途径合成3-HP的优缺点进行总结分析,对3-HP未来发展前景进行展望。     

静息细胞转化生产3-羟基丙酸的条件优化

本文研究了静息细胞生物转化生产3-羟基丙酸的反应体系。考察了以甘油为底物,利用静息细胞转化生产3一羟基丙酸的相关因素,确定了最佳的转化条件：细胞浓度20g／L,甘油浓度20g／L,辅酶VB12浓度10mg／L,NAD＋浓度0．15mmol／L,温度35℃,反应体系为0．05mol／LpH7．0Tris—HCl缓冲液。在上述条件下反应6h后,3-羟基丙酸的产量达到为3．17g／L,底物转化率为28．33％。由上述结果可知,采用静息细胞转化法为3-HP的生物合成提供了一种可能的方法。     

重组大肠杆菌合成聚(3-巯基丙酸)和聚(3-羟基丁酸-3-巯基丙酸)的研究

利用Clostridium acetobutylicum的丁酸激酶基因 (buk) 和磷酸转丁酰基酶基因(ptb),以及Thiocapsa pfennigii的PHA合成酶基因,设计了一条能够合成多种聚羟基烷酸的代谢途径,用构建的质粒转化大肠杆菌,获得了重组大肠杆菌菌株.前期的研究表明,在合适的前体物条件下,该重组大肠杆菌能够合成包括聚羟基丁酸、聚(羟基丁酸-戊酸)等多种生物聚酯[Liu and Steinbüchel, Appl. Environ. Microbiol. 66739-743].利用该重组大肠杆菌,通过生物催化作用合成了3-巯基丙酸的同型共聚酯,同时利用该重组大肠杆菌还获得了含3-巯基丙酸单体的多种异型共聚物.实验首先研究了3-巯基丙酸对大肠杆菌生长的影响,在此基础上优化了培养过程中添加3-巯基丙酸的时机和浓度,结果表明,在实验的条件下,细胞合成聚(3-巯基丙酸)可达6.7%(占细胞干重),合成聚(3-羟基丁酸-3-巯基丙酸)(分子中3-巯基丙酸3-羟基丁酸=31)可达24.3%.实验进一步研究了同时或分别表达以上3个基因的重组大肠杆菌合成聚合物的能力,结果表明只有当3个基因同时表达时才能合成聚合物,说明3个基因对合成过程是必须的,从而表明了合成途径是按照设计的路线进行的.还通过GC/MS、GPC、IR等手段对合成的化合物进行了定性的研究.聚(3-巯基丙酸)或聚(3-羟基丁酸-3-巯基丙酸)等聚酯属于一类新型生物聚合物,它在分子骨架中含有硫酯键,不同于聚羟基烷酸酯的氧酯键,从而具有显著不同的物理、化学、光学等性质和具有重要的潜在应用价值.     

重组大肠杆菌合成聚（3-巯基丙酸）和聚（3-羟基丁酸-3-巯基丙酸）的研究

利用Clostridium acetobutylicum的丁酸激酶基因 (buk) 和磷酸转丁酰基酶基因(ptb),以及Thiocapsa pfennigii的PHA合成酶基因,设计了一条能够合成多种聚羟基烷酸的代谢途径,用构建的质粒转化大肠杆菌,获得了重组大肠杆菌菌株。前期的研究表明,在合适的前体物条件下,该重组大肠杆菌能够合成包括聚羟基丁酸、聚（羟基丁酸戊酸）等多种生物聚酯［Liu and Steinbüchel, Appl. Environ. Microbiol. 66:739743］。利用该重组大肠杆菌,通过生物催化作用合成了3巯基丙酸的同型共聚酯,同时利用该重组大肠杆菌还获得了含3-巯基丙酸单体的多种异型共聚物。实验首先研究了3巯基丙酸对大肠杆菌生长的影响,在此基础上优化了培养过程中添加3-巯基丙酸的时机和浓度,结果表明,在实验的条件下,细胞合成聚（3-巯基丙酸）可达6.7%(占细胞干重),合成聚（3-羟基丁酸—3-巯基丙酸）（分子中3-巯基丙酸:3-羟基丁酸=3:1）可达24.3%。实验进一步研究了同时或分别表达以上3个基因的重组大肠杆菌合成聚合物的能力,结果表明只有当3个基因同时表达时才能合成聚合物,说明3个基因对合成过程是必须的,从而表明了合成途径是按照设计的路线进行的。还通过GC/MS、GPC、IR等手段对合成的化合物进行了定性的研究。聚（3-巯基丙酸）或聚（3-羟基丁酸-3-巯基丙酸）等聚酯属于一类新型生物聚合物,它在分子骨架中含有硫酯键,不同于聚羟基烷酸酯的氧酯键,从而具有显著不同的物理、化学、光学等性质和具有重要的潜在应用价值。     

氧化葡萄糖酸杆菌生物催化1,3-丙二醇合成3-羟基丙酸

3-羟基丙酸是一种潜在的重要化工产品,可作为中间体合成多种有经济价值的工业用化合物。文中利用氧化葡萄糖酸杆菌生物催化1,3-丙二醇合成3-羟基丙酸。首先在50 mL摇瓶中(转化体系为10 mL)考察细胞加入量、底物和产物浓度等对催化反应的影响。在此基础上,在2 L鼓泡塔中(转化体系为1 L),采取适当的补料方式和生物转化与分离相耦合的手段解除抑制,以提高目标产物终浓度。结果表明:高底物和产物浓度通过降低反应初速度抑制转化的进行,并确定了最佳催化反应条件为6 g/L菌体量,pH 5.5。利用流加补料方式维持反应体系中底物浓度在15~20 g/L,经过60 h的反应,3-羟基丙酸的浓度达到60.8 g/L,生产强度为1.0g/(L.h),转化率为84.3%。采用生物转化与分离相耦合的方法,经过50 h的转化反应,3-羟基丙酸的总产量达76.3 g/L,生产强度为1.5 g/(L.h),转化率83.7%。研究结果对利用氧化葡萄糖酸杆菌的不完全氧化醇类化合物特性实现其在工业生物催化中的应用具有一定的指导意义。     

氯化锂诱变选育3-羟基丙酸高产菌株

本文以实验室筛选得到的翰逊德巴利酵母菌(Debaryomyces hansenii)DH01为出发菌株,利用氯化锂诱变选育3-羟基丙酸(3HP)产量高并且可以用于实际生产的突变株。经过两轮氯化锂诱变,筛选得到一株产酸量较高的菌株wt06。在培养温度为28℃,120 r/min的条件下,经过48 h培养后,该菌株3HP的产量最高达到23.70 g/L,是原始菌株产量的5.44倍,且该菌株具有良好的遗传稳定性。     

重组大肠杆菌转化甘油合成聚3-羟基丙酸-co-乳酸

聚羟基脂肪酸酯作为性质优良的生物塑料,引起了广泛的关注。由于聚羟基脂肪酸合成酶PhaC特异性较强,难以通过生物合成方法获得含乳酸单体聚合物。为了实现乳酸的聚合,PhaC的筛选至关重要。以甘油为底物,通过引入Klebsiella pneumoniae的甘油脱水酶DhaB123及其激活因子GdrAB以及Salmonella typhimurium LT2的丙醛脱氢酶基因PduP,获得3-羟基丙酰辅酶A;通过引入Megasphaera elsdenii DSM 20460的丙酰辅酶A转移酶PCT,获得乳酰辅酶A;并对3种不同聚羟基脂肪酸合成酶的作用进行考察。在Pseudomonas putida的原始酶PhaC1或者PhaC2的作用下,不能实现乳酸的聚合;而在双位点突变(Ser325Thr和Gln481Lys)的PhaC1(STQK)存在条件下,重组菌可以利用甘油合成聚3-羟基丙酸-co-乳酸。经过对溶氧、有机氮源等发酵条件的优化,聚3-羟基丙酸-co-乳酸的产量可以达到0.22g/L,占细胞干重的3.2%,是含乳酸单体聚合物生物合成研究的一次有益尝试。     

几种氧代丙酸化合物在诱捕白纹伊蚊中的应用

为了从氧代丙酸化合物中筛选出对白纹伊蚊Aedes albopictus具有良好引诱效果的化合物,采用陷阱诱捕法分别测定了丙酮酸(α-氧代丙酸)、3-甲氧基-2-甲基-3-氧代丙酸、3-(苄氧基)-3-氧代丙酸和3-氨基-3-氧代丙酸4种氧代丙酸化合物及丙酸对白纹伊蚊成虫的诱捕效果。结果表明,在供试的5种化合物中,α-氧代丙酸、3-甲氧基-2-甲基-3-氧代丙酸和3-(苄氧基)-3-氧代丙酸3种氧代丙酸化合物及丙酸的诱捕效果显著,同剂量的各化合物对白纹伊蚊的诱蚊效果依次是3-甲氧基-2-甲基-3-氧代丙酸>3-(苄氧基)-3-氧代丙酸>α-氧代丙酸=丙酸。相同质量α-氧代丙酸∶3-(苄氧基)-3-氧代丙酸=1∶1至1∶2的配方比,具有协同增效作用,平均累计诱捕量均显著优于单组分α-氧代丙酸、3-(苄氧基)-3-氧代丙酸和对照纯水(P<0.05)。其中最优配方比是α-氧代丙酸∶3-(苄氧基)-3-氧代丙酸=1∶2,平均累计诱捕量比单组分α-氧代丙酸增加45.45%,比单组分3-(苄氧基)-3-氧代丙酸增加32.33%和比对照纯水增加73.11%(P<0.05)。现场...     

增香细菌HD-7的鉴定及香气成分分析

产香微生物的研究对天然香料的绿色生产具有深远的意义。本文从醇化中期的烟叶上分离得到一株细菌HD-7,根据形态学、生理生化以及16S rRNA基因序列等特征,对产香菌株HD-7进行了初步鉴定,并利用气相色谱-质谱(GC-MS)联用技术分析其发酵液的成分。结果表明,菌株HD-7初步被鉴定为短小芽孢杆菌(Bacillus pumilus);其GC-MS检测出的物质中含有较多的香气物质,主要的增香成分有丙酸乙酯,乙酸,乙酸丙酯及3-羟基-2-丁酮(乙偶姻)等,其含量分别占25.56%,12.68%,6.80%,4.86%。其中丙酸乙酯及3-羟基-2-丁酮等都是广泛使用的香料。产香细菌HD-7在生产香料上具有很大的研究价值。     

微生物生产3-羟基丁酮研究进展

3-羟基丁酮是一种重要的化学合成中间体和多功能材料,广泛应用于食品、制药、化工等领域。相比化学合成法和生物酶转化法,微生物发酵法具有低成本、高纯度、高产率等特点。本文在详细总结微生物发酵生产3-羟基丁酮在菌种选育、代谢机制以及高产策略等方面研究进展的基础上,展望了微生物发酵法生产3-羟基丁酮的优势和发展方向。     

利用甘油发酵耦联生产3-羟基丙酸及1,3-丙二醇重组菌的构建及筛选

在肺炎克雷伯杆菌(Klebsiella pneumoniae)代谢甘油生产1,3-丙二醇(1,3-PD)的过程中,为了减少有毒中间产物3-羟基丙醛(3-HPA)的积累,可将其转化为3-羟基丙酸(3-HP),从而实现1,3-丙二醇和3-羟基丙酸的联产。克隆来自于酿酒酵母的NAD+依赖型的乙醛脱氢酶(ALDH)的基因aldh4,构建了表达载体pKP-aldh,转化K.pneumoniae,得到了有效表达乙醛脱氢酶的重组肺炎克雷伯杆菌(K.pneumoniae A+)。在此基础上,使用紫外诱变联合菌种驯化的方法对K.pneumoniae A+进行筛选,获得了可耐受较高3-HP浓度(≥35 g/L)的重组肺炎克雷伯杆菌K.pneumoniae A+5-3。发酵实验结果表明,K.pneumoniae A+5-3可将3-HPA转化为3-HP,能够同时利用甘油耦联生产3-HP和1,3-PD,产量分别达到5.0 g/L和74.5 g/L。     

重组大肠杆菌生物转化甘油生产3-羟基丙酸

目的:以甘油为底物构建高效的3-羟基丙酸生产菌株。方法:以自身携带乙醛脱氢酶的E.coli BL21(DE3)plysS作为宿主,异源表达源自Klebsiella pneumoniae的甘油脱水酶基因dhaB。结果:重组菌E.coli HP获得的甘油脱水酶比活力在1.0mmol/L IPTG的诱导下达到了77.2 U/mg,摇瓶条件下,3-HP的最大产量为5.44 g/L,摩尔转化率为53%,该产量比目前报道的最高水平(4.4 g/L)提高了23.6%。结论:重组菌株E.coli HP实现了甘油向3-羟基丙酸(3-HP)的高效生物转化。     

根霉3078的代谢产物的研究

从根霉3078菌丝体的甲醇提取物中分离得到9个化合物,通过波谱分析,鉴定为5α,8α-表二氧-(20S,22E,24R)-麦角甾-6,22-二烯-3β-醇(1)、甘油醇-1-单油酸酯(2)、4-羟基苯乙酮(3)、4-羟基苯乙酸(4)、(20S,22E,24R)-麦角甾-7,22-二烯-3β,5α,6β三醇(5)、(S)-3-羟基-3-苯基丙酸(6)、胸腺嘧啶(7)、尿嘧啶(8)和腺苷(9)。