亮氨酸脱氢酶与葡萄糖脱氢酶高效共表达制备L-叔亮氨酸北大核心CSCD

【目的】通过不同双基因共表达策略对亮氨酸脱氢酶和葡萄糖脱氢酶基因在大肠杆菌中表达影响的研究,获得具有高辅酶再生效率的双酶共表达重组生物催化剂,实现L-叔亮氨酸"一锅法"高效不对称合成。【方法】以来自于蜡状芽孢杆菌(Bacillus cereus)的亮氨酸脱氢酶(LDH)和来自芽孢菌属(Bacillus sp.)的葡萄糖脱氢酶(GDH)为模板,考察单质粒共表达,双质粒共表达和融合表达等3种共表达策略对重组细胞中亮氨酸脱氢酶和葡萄糖脱氢酶活的影响,比较不同酶活比例和不同催化剂形式对三甲基丙酮酸不对称还原制备L-叔亮氨酸效率的影响。【结果】研究发现不同共表达策略对亮氨酸脱氢酶和葡萄糖脱氢酶的影响存在明显差异。亮氨酸脱氢酶在不同策略下均能够正常表达,而葡萄糖脱氢酶在融合表达时没有活力,当C端含有组氨酸标签时,表达蛋白活性低。通过表达优化,获得3株亮氨酸脱氢酶和葡萄糖脱氢酶高效表达且具有不同酶活比例的重组菌。比较粗酶液和全细胞形式下的催化效率,发现酶活比例及催化剂形式对不对称还原反应效率具有重要影响。确定单质粒串联表达C端不含His标签重组菌E.coli BL21/p ET28a-L-SD-AS-G为最佳催化剂,以粗酶液进行转化时,完全转化0.5 mol/L底物所需菌体量为15 g/L,辅酶量为0.1 mmol/L。【结论】采用单质粒共表达策略,成功构建出1株具有较高亮氨酸脱氢酶和葡萄糖脱氢酶活性的重组菌,实现高效催化TMP合成L-Tle。     

大肠杆菌全细胞转化联产L-2-氨基丁酸和D-葡萄糖酸

以大肠杆菌BL21(DE3)为表达宿主,构建两株分别表达L-苏氨酸脱氨酶(LTD,基因来源大肠杆菌)和共表达亮氨酸脱氢酶(LDH,来源蜡样芽孢杆菌)/葡萄糖脱氢酶(GDH,来源枯草芽孢杆菌)的重组大肠杆菌,在此基础上,构建了一种以L-苏氨酸和D-葡萄糖为底物联产L-2-氨基丁酸(L-ABA)和D-葡萄糖酸的全细胞转化系统。通过转化条件(温度、p H、细胞通透性和菌体量)优化,并采用分批补料策略,164 g/L L-苏氨酸和248 g/L D-葡萄糖最终转化得到141.6 g/L的L-ABA和269.4 g/L的D-葡萄糖酸,时空得率分别达到7.1 g/(L?h)和13.5 g/(L?h),得率超过99%。本研究使用价格低廉的大宗化学品高效率生产出有较高附加值的产物,全细胞转化系统无需额外添加昂贵的辅酶,更适用于工业化生产。     

基于双酶级联协调表达策略高效催化合成D-甘露醇北大核心CSCD

D-甘露醇(D-mannitol)作为合成抗肿瘤药和免疫刺激剂的重要前体被广泛应用于制药和医疗等行业,酶法合成D-甘露醇反应成本昂贵无法满足工业化生产。本研究首先筛选关键酶获得较优性能的甘露醇脱氢酶Lp MDH和用于辅因子NADH再生的葡萄糖脱氢酶Ba GDH,在大肠杆菌(Escherichia coli)BL21(DE3)中共表达,实现了基于双酶级联反应催化底物D-果糖合成D-甘露醇,D-甘露醇的初步摩尔转化率为59.7%。针对双酶级联催化反应中辅酶再生用酶与催化用酶表达量不协调的问题,通过增加Bagdh拷贝量来提高辅因子循环能力,获得了双酶催化速率平衡的重组大肠杆菌E.coli BL21/pETDuet-Lpmdh-Bagdh-Bagdh。进一步对重组菌的全细胞转化条件进行优化,确定了最适转化条件为反应温度30℃,初始pH值6.5,菌体量OD600=30,底物D-果糖100.0 g/L,辅底物葡萄糖与底物1︰1摩尔当量。于最优转化条件下5 L发酵罐转化24 h,D-甘露醇的最高产量为81.9g/L,摩尔转化率为81.9%。本研究提供了一种绿色、高效生物催化生产D-甘露醇的方法,为实现其规模化生产奠定了基础,同时也对其他相关稀有糖醇的研究具有指导意义。     

混合菌发酵1,3-丙二醇的初步研究

将表达酿酒酵母3-磷酸甘油脱氢酶基因(GPD1)和3-磷酸甘油酯酶基因(HOR2)的质粒PSE-gpd1-hor2转化到甘油激酶基因(glpK)和甘油脱氢酶基因(gldA)双缺失的大肠杆菌JM109C中,构建产甘油的工程菌JM109C/PSE-gpd1-hor2.接种JM109C/pSE-gpd1-hor2和Klebsiella在含1%葡萄糖的摇瓶发酵培养基中37℃发酵56 h,1,3-丙二醇的最高产量为1.28 g/L,葡萄糖摩尔转化率为37.5%;在30 L发酵罐中发酵68 h,1,3-丙二醇的最高产量为24.09 g/L,葡萄糖摩尔转化率为38.0%;5 g/L的乙酸、乳酸,10 g/L的乙醇分别使1,3-丙二醇的产量降低了91.41%、54.68%和51.56%.     

大肠杆菌发酵生产重组人颗粒溶素

目的:在FUS-50L生物反应器中利用补料分批培养技术培养表达含重组质粒pET28a( )-GNLY的大肠杆菌BL21(DE3)pLysS株,生产重组颗粒溶素(GNLY)。方法:选取含pET28a( )-GNLY的BL21(DE3)pLysS菌株单个克隆分级培养,将制备的二级种子液接种于发酵罐中。在发酵过程中,控制溶氧为30%～50%,温度为37℃;在基础培养基内生长4h后,补加以甘油为碳源的补料,继续生长到11h;加入葡萄糖至终浓度为1%,30℃诱导表达6h;收集菌体,纯化制备目的蛋白。利用Western印迹检测重组蛋白的抗原性,用CFU方法检测其生物学活性。结果:发酵液中最终菌体密度达80g/L;纯化所得重组蛋白约占菌体总蛋白的5%,含量为60mg/L;经鉴定所获重组颗粒溶素有较好的免疫学活性和生物学活性。结论:用含重组质粒pET28a( )-GNLY的大肠杆菌BL21(DE3)pLysS表达系统,可得到具有生物活性的重组颗粒溶素,为大批量生产提供了条件。     

偶联基于酮还原酶的NADH再生系统一锅法酶催化合成L-2-氨基丁酸

以廉价易得的L-苏氨酸为原料,利用在大肠杆菌中重组表达的苏氨酸脱氨酶和亮氨酸脱氢酶,并偶联基于酮还原酶的NADH再生系统一锅法制备L-2-氨基丁酸。以L-2-氨基丁酸的产率为指标,考察了一锅法酶催化制备L-2-氨基丁酸的最适p H、L-苏氨酸浓度及异丙醇浓度。在最适p H 7.5~8.0,L-苏氨酸浓度50g/L,添加5%的异丙醇及0.5g/L NAD+,分别加入0.6g/L苏氨酸脱氨酶、2g/L亮氨酸脱氢酶及2g/L酮还原酶,反应20h,可实现L-2-氨基丁酸的摩尔产率为99%,产量为43g/L。该结果为L-2-氨基丁酸的制备提供了一种新的思路。     

羰基还原酶基因与葡萄糖脱氢酶基因在大肠杆菌中的共表达及其在不对称还原产麻黄碱中的初步应用

通过羰基还原酶基因与葡萄糖脱氢酶基因在大肠杆菌中的共表达,解决羰基还原酶在催化底物过程中的辅酶再生的问题。以枯草芽孢杆菌基因组为模板,采用PCR的手段扩增得到葡萄糖脱氢酶基因gdh与已构建好的pKK223-3-mldh连接,转化E.coli JM109获得重组菌E.coli pKK223-3-gdh-mldh。SDS-PAGE结果表明羰基还原酶及葡萄糖脱氢酶均有表达其相对分子质量分别为43 kD和31 kD。液相检测重组菌细胞破碎液在不添加外源的葡萄糖脱氢酶的情况下能专一性转化1-苯基-2-甲氨基丙酮简称MAK为d-伪麻黄碱。全细胞转化实验表明0.1 g湿菌体与0.15 mg MAK及6 mg葡萄糖30℃反应10 h生成0.091 mg d-伪麻黄碱,MAK的摩尔转化率为67.4%。     

丙酮丁醇梭菌ldhL基因的克隆及其在大肠杆菌中的表达

首次从丙酮丁醇梭菌(Clostridium acetobutylicum ATCC824)中克隆得到L-乳酸脱氢酶(L-lactate dehydrogenase,ldhL)基因,并将其连接到pSE380表达载体上,得到重组质粒pSE380ldhL,将重组质粒转化到乳酸脱氢酶和丙酮酸裂解酶缺陷的Escherichia coli FMJl44大肠杆菌中进行表达。SDS-PAGE分析表达产物的分子量约为34kD,摇瓶发酵后用HPLC检测分析L-乳酸产量为2.4g/L,纯度达到99.9%,不需要再进行手性分离,为以后在工业上生物法生产高纯度的L-乳酸打下基础。     

重组共表达大肠杆菌细胞从D-葡萄糖一锅法生产D-甘露糖

【背景】D-甘露糖的酶促转化方法已受到相当大的关注。【目的】研究D-葡萄糖异构酶(D-glucoseisomerase,D-GIase)和D-来苏糖异构酶(D-lyxoseisomerase,D-LIase)共表达于大肠杆菌细胞生产D-甘露糖的工艺条件。【方法】将D-GIase和D-LIase基因片段合成后酶切连接到载体p CDFDuet-1上,构建p CDFDuet-Acce-DGI/Peba-DLI重组质粒并导入到大肠杆菌BL21(DE3)中共表达,通过摇瓶培养得到产D-GIase和D-LIase的菌体,测定该共表达细胞体系的反应条件。【结果】添加1 mmol/L Co~(2+),共表达体系酶的最适温度和p H分别为70°C和6.0。以浓度分别为100、300、500 g/L的D-葡萄糖为底物生产D-甘露糖,平衡后D-甘露糖质量浓度分别为13.8、38.1、62.6 g/L,相应的转化率分别为13.8%、12.7%、12.5%,D-葡萄糖、D-果糖和D-甘露糖的平衡比约为50:37.5:12.5。【结论】D-GIase和D-LIase在大肠杆菌细胞中组成的共表达体系通过一锅法可利用D-葡萄糖为底物生产D-甘露糖。     

一株MAs(Ⅲ)脱甲基菌株的分离及功能基因的研究

【目的】分离并鉴定三价单甲基砷(MAs(Ⅲ))脱甲基菌株,对MAs(Ⅲ)脱甲基菌FJ-6中arsI基因进行克隆表达,并对arsI基因表达蛋白进行功能鉴定。【方法】利用富集培养的方法分离MAs(Ⅲ)脱甲基菌株,并通过形态学、生理生化特征和16SrDNA基因进化分析进行鉴定;HPLC-ICP-MS鉴定菌株转化MAs(Ⅲ)的产物为三价砷(As(Ⅲ)),对菌株FJ-6的基因组进行生物信息学分析,寻找潜在的MAs(Ⅲ)脱甲基酶编码基因,通过PCR扩增获得arsI全长基因,构建重组质粒pET29a-arsI,转化大肠杆菌BL21(DE3)菌株进行异源表达,通过Ni2+-NTA亲和层析柱纯化异源表达的蛋白,以MAs(Ⅲ)为反应底物,检测MAs(Ⅲ)脱甲基酶ArsI的酶学特性。通过实时定量PCR观察arsI的表达类型。【结果】Bacillus aryabhattai FJ-6在12 h内能将1μmol/L MAs(Ⅲ)完全转化为As(Ⅲ)。克隆得到MAs(Ⅲ)脱甲基酶表达基因arsI,构建了pET29a-arsI重组质粒并进行了表达,ArsI蛋白分子量为17.4 kDa。ArsI纯化蛋白具有较高的MAs(Ⅲ)脱甲基酶的活性;荧光定量PCR实验结果表明arsI受砷诱导表达。【结论】明确了ArsI蛋白具有MAs(Ⅲ)脱甲基酶活性。     

组成型表达粪产碱杆菌青霉素G酰化酶重组大肠杆菌发酵条件研究

目的:对重组大肠杆菌组成型表达粪产碱杆菌青霉素G酰化酶(AfPGA)进行了发酵条件研究。方法:在摇瓶和5L发酵罐中研究了(NH4)2SO4和葡萄糖浓度对质粒的分离稳定性及青霉素G酰化酶表达的影响。结果:该工程菌质粒具有分离不稳定性,培养基中无(NH4)2SO4时发酵过程中pH和糊精水解生成葡萄糖的浓度变化较小,细胞前期(0h-12h)的生长速率降低,质粒分离稳定性和青霉素G酰化酶的表达水平提高。发酵过程中维持低葡萄糖水平可以限制细胞的生长速率,提高质粒稳定性和促进青霉素G酰化酶的合成。采用混合碳源发酵,发酵培养基含糊精2g/L,12h后以1g/L.h恒速流加葡萄糖至35h,控制流加过程葡萄糖浓度0.1g/L左右,平均比生长速率为0.06h-1,发酵结束时质粒稳定性为86%,青霉素G酰化酶的表达水平达23 000U/L。结论:重组大肠杆菌组成型表达青霉素G酰化酶的研究对工业生产有一定指导意义。     

L-乳酸脱氢酶在大肠杆菌BL-21(DE3)中的表达

为了在大肠杆菌中构建利用葡萄糖生产L-乳酸的途径,以鼠李糖乳杆菌(Lactobacillus rhamnosus)LA - 04 -01基因组为模板,设计引物扩增L-乳酸脱氢酶基因L-ldh.将该基因连接到表达栽体pET-28a(+)上,并转化大肠杆菌Top10.通过卡那霉素抗性平板筛选,提取重组质粒pET28a-L-ldh并测序,结果正确.将pET28a-L-ldh转化大肠杆菌BL-21( DE3),通过卡那霉素抗性平板筛选,得到产乳酸的大肠杆菌基因工程菌.经IPTG诱导后,SDS-PAGE电泳,检测到目的蛋白条带,L-乳酸脱氢酶比酶活力达到9.44 U/mL.该基因工程菌通过摇瓶发酵,L-乳酸产量达到3 g/L,成功构建出一条在大肠杆菌中生产L-乳酸的新途径.     

产异丁醇大肠杆菌工程菌的构建

摘要:酮酸脱羧酶是异丁醇生物合成的关键酶,而大肠杆菌中没有此基因.将乳脂乳球菌NIZO B1157的2-酮酸脱羧酶基因kdcA克隆到非生产菌株大肠杆菌中,同时串联表达与前体物质酮酸相关的alsS、ilvC和ilvD基因,构建了串联表达质粒pSTV29-alsS-ilvC-ilvD-kdcA.大肠杆茵工程茵成功表达了4个基因,并能利用葡萄糖发酵产异丁醇,发酵24h后最高产量为3 g/L.     

大肠杆菌甘油激酶基因(glpK)和甘油脱氢酶基因(gldA)的敲除及其对甘油产量的影响

利用Red重组系统构建了大肠杆菌JM109甘油激酶基因(glpK)和甘油脱氢酶基因(gldA)缺失的双突变菌株JM109B,然后将表达酿酒酵母3-磷酸甘油脱氢酶基因(GPD1)和3-磷酸甘油酯酶基因(HOR2)的质粒pSE-gpd1-hor2转化到JM109B突变菌株中,在含1%葡萄糖的摇瓶发酵培养基中37℃发酵24 h,甘油的最高产量为5.61 g/L,是原始菌株JM109/pSE-gpd1-hor2甘油产量的1.59倍;在30 L发酵罐中发酵28 h,甘油的最高产量为103.12 g/L,是原始菌株JM109/pSE-gpd1-hor2甘油产量的1.59倍,是原始菌株BL21/pSE-gpd1-hor2甘油产量的1.41倍,葡萄糖转化率为50.39%。     

大肠杆菌发酵生产重组人源抗-HBs Fab

在KLF2000发酵罐中利用补料分批培养技术培养表达含重组质粒pBAD/HBs Fab的TOP10大肠杆菌,生产人源抗-HBs Fab,为批量生产作准备,在发酵过程中,控制溶氧30%以上,温度37℃,在基础培养基内生长4h后,补加以甘油为碳源的补料,继续生长到9h,加入阿拉伯糖,至终浓度为0.02%,30℃诱导表达5h,收集菌体,纯化制备目的蛋白。利用Western blot方法检测Fab抗原性,Dot blot方法检测生物学活性。14h发酵结束后,菌体密度最终达96g/L,纯化所得蛋白大约占菌体总蛋白的6%,含量为80mg/L,以重组质粒pBAD/HBs Fab,大肠杆菌TOP10表达表达比率与摇瓶相比没有降低,表达量达80mg/L左右,为大批量生产作了准备。     

Gluconobacter oxydans WD膜结合山梨醇脱氢酶基因在E.coli中的克隆表达

本研究构建了四株含有氧化葡萄糖酸杆菌山梨醇脱氢酶基因的重组大肠杆菌,并初步探究SldB和SldA亚基在山梨醇脱氢酶转化甘油反应中的作用。将pET28a、pETduet与PCR扩增的目的基因连接,构建单启动子调控重组质粒pET28a-sldB、pET28a-sldA、pET28a-sldBA和双启动子调控重组质粒pETduet-sldB'-sldA'。只有含pET28a-sldBA和pETduet-sldB'-sldA'的重组菌具有转化甘油的活性,表明G.oxydans WD的山梨醇脱氢酶催化甘油脱氢需要SldB和SldA亚基的共同作用。串联基因sldBA的蛋白表达结果与双启动子控制sldB和sldA基因蛋白表达结果基本相同,表明位于sldB基因末端的sldA的RBS序列可被E.coli C43的核糖体识别。     

两相体系中菌体转化法制备2-苯乙醇的研究

目的:利用酿酒酵母(Saccharomyces cerevisiae CICIMY008 6)菌体在油酸-水两 相体系中转化L-苯丙氨酸生成2-苯乙醇,以期解除产物抑制的同时降低萃取相油酸对转化的 不利影响,提高2-苯乙醇产量.方法:对2-苯乙醇的生成与菌体生长的关系进行考察,以确 定菌体转化法的可行性;通过单因素试验和正交设计试验获得转化培养基最佳配方;对菌体 转化条件进行优化.结果:向装液量为25mL/250mL转化培养基中加入0.6g 酵母湿菌体,30℃ 、100r/min条件下转化,9h加入等体积油酸,催化27h,产物浓度达4.55g/L.结 论:2-苯乙醇的制备可以使用菌体转化法,该法可在一定程度上克服两相转化体系中油酸的毒性影响.     

(S)-羰基还原酶Ⅱ与葡萄糖脱氢酶共催化高效合成(S)-苯乙二醇北大核心CSCD

【目的】通过优化获得最佳酶活配比,设计近平滑假丝酵母(Candida parapsilosis)CCTCC M203011的(S)-羰基还原酶Ⅱ与枯草芽孢杆菌(Bacillus sp.)YX-1葡萄糖脱氢酶在大肠杆菌中的共表达体系,实现重组菌高效催化2-羟基苯乙酮,合成(S)-苯乙二醇。【方法】分别从重组大肠杆菌中纯化了(S)-羰基还原酶Ⅱ和葡萄糖脱氢酶,研究了2种酶共催化2-羟基苯乙酮的最佳酶活比例,最适催化温度和pH,由此构建(S)-羰基还原酶Ⅱ和葡萄糖脱氢酶的共表达体系。【结果】(S)-羰基还原酶Ⅱ的比酶活力为1.3 U/mg,葡萄糖脱氢酶的比酶活力为13.5 U/mg。在总酶活力为1 U时,(S)-羰基还原酶Ⅱ和葡萄糖脱氢酶共催化体系中,确定了2种酶的最佳比例在1∶1到5∶1(U/U)之间,最适反应温度为30℃,pH为7.0。在此基础上构建了(S)-羰基还原酶Ⅱ和葡萄糖脱氢酶基因比为1∶1的共表达体系,共表达重组菌破碎上清液中(S)-羰基还原酶Ⅱ和葡萄糖脱氢酶酶活分别为0.76 U/mg和0.73 U/mg,两者的酶活比例为1∶1。在上述确定的最适催化条件下,其催化10 g/L 2-羟基苯乙酮,产物(S)-苯乙二醇的光学纯度和得率均高达99%以上。与仅含有(S)-羰基还原酶Ⅱ的重组大肠杆菌相比,共表达体系转化产物(S)-苯乙二醇的得率明显提高,且转化时间由原来的24 h缩短为13 h。【结论】通过确定(S)-羰基还原酶Ⅱ和葡萄糖脱氢酶最佳酶活配比,为构建手性催化的靶酶和辅酶再生酶共表达体系,为实现手性化合物的高效制备提供了研究基础。     

一种用质粒DNA转化大肠杆菌感受态细胞的实用操作技巧

目的是建立一种简化、实用的用质粒DNA转化大肠杆菌的操作方法.采用氯化钙法制备大肠杆菌感受态细胞.以质粒pUC18,pCSN44,pAN52-1Not,pETts,pANth和植物双元表达栽体pCAMBIA1301分别转化用于质粒扩增与保存的常用大肠杆菌菌株Top10和DH5α以及用于原核表达的常用大肠杆菌菌株BL21(DE3)和TB1.质粒与感受态细胞的混合液置冰上作用一定时间后,直接涂布含有筛选抗生素的LB平板,于37℃培养12～16h.结果表明,用不同大小的质粒DNA转化不同的大肠杆菌菌株,都可以获得满足实验要求,转化效率可高达103～4阳性克隆/μg.该方法较标准的转化流程更加简便、省时、实用.     

两种UDP-葡萄糖脱氢酶对透明质酸生物转化的影响

分别从大肠杆菌和化脓链球菌中扩增出编码UDP-葡萄糖脱氢酶基因ecohas B和spyhas B,并将其插入T7表达载体p RX2构建重组质粒p RXEB和p RXSB。在大肠杆菌BL21(DE3)中重组表达,并对经镍柱纯化后的UDP-葡萄糖脱氢酶的酶学性质进行分析。酶学性质研究表明:spy Has B的最适反应温度是30℃,最适p H 10,最适条件下的比活力是12.2 U/mg;eco Has B的最适反应温度是30℃,最适p H 9,最适条件下的比活力是5.55 U/mg。从多杀巴氏杆菌扩增出的透明质酸合成酶基因pmuhas A分别与ecohas B和spyhas B构建共表达载体p BPAEB和p BPASB。将其转化到大肠杆菌BW25113中,经生物转化生产透明质酸(HA),并对转化条件进行了优化。结果表明:重组菌株进行透明质酸转化时,UDP-葡萄糖脱氢酶酶活力越高,稳定性越好,HA产量越高;转化条件优化后,p BPAEB/BW25113和p BPASB/BW25113在摇瓶中的产量分别是1.52和1.70 g/L,比之前报道的提高了2-3倍。