Mn2+浓度对地衣芽孢杆菌产不同构型聚-γ-谷氨酸机理分析

【目的】分析Mn~(2+)对地衣芽孢杆菌(Bacillus licheniformis)WBL-3产不同比例聚-γ-谷氨酸(γ-PGA)的机理。【方法】以枯草芽孢杆菌(B.subtilis)KH-2为对照菌株,克隆表达L-谷氨酸和D-谷氨酸代谢关键酶,分别为谷氨酸消旋酶(GR)、D-丙氨酸转氨酶(D-DDT)和谷氨酰胺合成酶(GS)。通过体外酶活实验与体内转录水平分析,初步探讨Mn~(2+)浓度对不同比例γ-PGA的生成机理。【结果】当Mn~(2+)浓度为0与0.6 mmol/L时,γ-D-PGA所占的比例分别为22%和67%。在0.6 mmol/L Mn~(2+)浓度下,B.licheniformis WBL-3中GR的催化活性(k_(cat)/K_m值)比未添加Mn~(2+)时高,GS只有在Mn~(2+)存在下才具有催化活性。实时荧光定量PCR结果表明,Mn~(2+)提高了GR、D-DDT和GS的转录水平,提高倍数分别为2.16、4.44和1.84倍。【结论】Mn~(2+)激活了GR、D-DDT与GS的表达,促进L-谷氨酸的代谢,使得菌体内D-谷氨酸比例升高,从而提高了γ-D-PGA的比例。     

暹罗芽孢杆菌高产γ-聚谷氨酸的发酵条件优化

【背景】γ-聚谷氨酸（poly-γ-glutamic acid,γ-PGA）产生菌多为枯草芽孢杆菌（Bacillus subtilis）、解淀粉芽孢杆菌（Bacillus amyloliquefaciens）、地衣芽孢杆菌（Bacillus licheniformis）等,而暹罗芽孢杆菌（Bacillus siamensis）相关研究较少。【目的】研究暹罗芽孢杆菌产γ-PGA的液体发酵条件。【方法】以自行分离的暹罗芽孢杆菌CAU83为出发菌株进行液体发酵,通过单因素试验和正交试验法研究了碳氮源、前体物质、发酵温度及pH对菌株生产γ-PGA的影响。【结果】经摇瓶优化,γ-PGA的最适碳源、氮源和前体物质分别为乳糖30g/L、酵母提取物5g/L和L-谷氨酸钠60 g/L,最适培养条件为发酵温度37℃和pH 7.0,γ-PGA产量由8.4 g/L提升至30.1 g/L,比优化前提高了260%。经分批补料发酵,60 h时γ-PGA产量最高为59.5 g/L,比摇瓶提高了98%,产率为0.99 g/（L·h）。所产γ-PGA分子量为3.8×10⁶ Da,聚合度较高。【结论】...     

透明颤菌血红蛋白在产聚γ-谷氨酸地衣芽胞杆菌WX-02中的表达

聚γ-谷氨酸(γ-PGA)是一种应用前景良好的生物高分子材料.通过构建含有α-淀粉酶(amyE)基因两端交换臂的整合载体pDG1730-vgb,将透明颤菌血红蛋白基因(vgb)整合到聚γ-谷氨酸生产菌株地衣芽胞杆菌(Bacillus licheniformis)WX-02染色体中,获得重组子M2.一氧化碳差光光谱结果验证M2中表达了有活性的血红蛋白,3 L发酵罐分批发酵结果显示M2的生物量比出发菌株WX-02提高了25.5%,γ-PGA产量提高了20%.     

NaCl、Mn(Ⅱ)、L-谷氨酰胺和α-酮戊二酸对地衣芽孢杆菌WBL-3合成新型土壤修复材料γ-PGA的影响

聚γ-谷氨酸(γ-PGA)及其衍生物是一种新型土壤修复和改良材料,能吸附土壤中的重金属和放射性核物质等污染物,也可作为保水材料应用于干旱环境。NaCl、Mn(Ⅱ)、L-谷氨酰胺和α-酮戊二酸四因素对Bacillus licheniformisWBL-3合成γ-PGA产量及分子量有重要影响。分别用L-谷氨酰胺和α-酮戊二酸代替L-谷氨酸,Bacillus licheniformisWBL-3未产生γ-PGA。单因素试验表明:γ-PGA产量均随四因素浓度的增大呈现先增大后减小的趋势,γ-PGA产量分别在NaCl,Mn(Ⅱ)、L-谷氨酰胺和α-酮戊二酸浓度为6%,100μmol.L-1,1.5 mmol.L-1和10 mmol.L-1时达到最大值35.79g.L-1,24.77 g.L-1,30.07 g.L-1和26.09 g.L-1;γ-PGA分子量随NaCl浓度的增大而增大,随α-酮戊二酸浓度的增大而减小,随Mn(Ⅱ)、L-谷氨酰胺浓度的增大而呈现先增大后减小的趋势。正交试验证明了单因素试验的结论,四因素间没有交互作用的影响,最优组合为NaCl:6%,α-酮戊二酸:10 mmol.L-1,Mn(Ⅱ):100μmol.L-1,L-谷氨酰胺:1.5 mmol.L-1,产量达到55.62 g.L-1。     

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。     

枯草芽孢杆菌B53产聚γ-谷氨酸的絮凝特性

枯草芽孢杆菌B53产聚γ-谷氨酸(γ-PGA)对高岭土、Ca(OH)2、Mg(OH)2表现出较强的絮凝活性,采用0.6 g/L的γ-PGA溶液对高岭土的絮凝活性可达到90%以上。K 、Fe2 、Mg2 及Ca2 具有明显的促絮凝作用,而Al3 、Fe3 则起削弱作用。CaCl2浓度超过2 g/L及介质溶液维持pH值中性都有利于γ-PGA提高絮凝活性。     

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%。     

新型γ-聚谷氨酸自组装纳米胶束的制备及用于蛋白载体的研究

对水溶性的γ-聚谷氨酸(γ-PGA)进行了接枝改性,合成了两亲性γ-聚谷氨酸(γ-PGA)接枝衍生物,采用超声探头法制备胆甾醇基γ-PGA自组装胶束,并以卵清蛋白(OVA)作为模型蛋白,研究其载药和释药性能.结果表明,制备的两亲性胆甾醇基γ-PGA自组装胶束平均粒径为299.6+ 27.3nm,粒径的多分散系数较窄(0.17),且具有较低的细胞毒性;其疏水核-亲水壳的纳米微结构对蛋白药物显示了良好载药性能,对OVA载药量可达118.8 μg/mg,包封率33.5％;体外释药结果显示,负载OVA的甾醇基γ-PGA自组装胶束能延缓蛋白的释放,释药速率与介质pH密切相关.     

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。     

一种检测新型生物高分子材科聚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,采用分光度计于波长680nm处比浊,研究γ-PGA浓度与吸收度之问的线性关系,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=O.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.     

透明颤菌血红蛋白基因在地衣芽孢杆菌ATCC9945a中的表达及作用

目的:研究透明颤菌血红蛋白基因(vgb)在产聚γ-谷氨酸(γ- PGA)的地衣芽孢杆菌ATCC9945a中的表达及对其生物量和产量的影响.方法:以大肠杆菌-枯草芽孢杆菌的穿梭表达载体pUBC19为骨架,构建含有枯草芽孢杆菌的组成型启动子P43和透明颤菌血红蛋白结构基因的穿梭表达载体pUBC19 - PV,并通过电击转化得到重组的产γ-PGA的地衣芽孢杆菌(B.licheniformis).一氧化碳差光谱验证重组B.licheniformis 中是否表达了有活性的血红蛋白.摇瓶发酵试验研究重组菌株和对照菌株生物量和发酵产物产量的变化.结果表明,重组菌株的生长明显比对照菌株快,但是γ - PGA的产量却比原始菌株低:在正常供氧时,其产量12.8g/L,比亲株产量21.7g/L下降了41%,贫氧环境下产量8.8g/L,比亲株产量12.8g/L降低了31%.结论:vgb 在重组菌株中表达了有活性的的透明颤菌血红蛋白,并可以促进细胞的生长,但聚谷氨酸的产量却有所下降.文章针对聚γ-谷氨酸产量的下降原因进行了讨论,并对下一步的工作提出了建议.     

γ-聚谷氨酸产生菌BLN-2的分离鉴定及固体发酵条件初探

从豆制品中分离得到一株γ-聚谷氨酸(γ-PGA)产生茵BLN-2,通过对BLN-2的生理生化和16S rRNA系统发育特征进行分析鉴定,明确该菌株为枯草芽孢杆菌.以黄豆为基本培养物,对BLN-2的固体发酵条件进行了初步探索,结果表明,葡萄糖、果糖和NaNO3、KNO3分别为BLN-2的较适碳、氮源.正交试验结果表明,当向黄豆中添加的果糖终浓度为0.5%,葡萄糖、NaNO3及KNO3终浓度均为2.0%时,γ-PGA产量最高,为89.05 g/kg,比相同条件下基本对照黄豆培养物的产量(60 g/kg)高48.42%.     

肥料增效剂γ-聚谷氨酸对小青菜产量和品质的影响

研究了γ-聚谷氨酸(γ-PGA)肥料增效剂对盆栽小青菜产量和品质的影响.结果表明:正常施肥条件下,施用50 mg/kg的γ-PGA可以显著提高小青菜叶绿素、地下部鲜质量,使小青菜地上部鲜质量最大增产幅度达8.8％,与对照相比差异显著;同时还可以明显提高土壤铵态氮的含量,氮肥利用率增加10.6％.施用100 mg/kg的γ-PGA与对照相比,可降低小青菜中的硝酸盐含量44.8％,维生素C(Vc)含量提高18.1％,小青菜品质达到最好;当减施15％质量的氮肥时,20 mg/kg的γ-PGA可提高氮肥利用率10.2％～11.6％,说明在肥料缺乏时γ-PGA对小青菜产量、品质的改善效果显著.     

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。     

d,l-肽链内切酶基因cwlO缺失促进地衣芽孢杆菌利用l-谷氨酰胺合成聚γ-谷氨酸

【背景】聚γ-谷氨酸(poly-γ-glutamic acid, γ-PGA)是一种由芽孢杆菌代谢产生的同质氨基酸聚合物,在众多领域具有广泛的应用潜力。芽孢杆菌cwlO表达一种d,l-肽链内切酶,其对γ-PGA合成的影响机理尚不清晰。【目的】探究缺失cwlO对以不同前体发酵γ-PGA的影响及其机制。【方法】以地衣芽孢杆菌WX-02为出发菌株,构建缺失cwlO的重组菌。在3 L发酵罐条件下对比重组菌和野生菌利用不同前体发酵产γ-PGA的发酵性能,并通过转录水平差异分析、荧光倒置显微镜观察、细胞壁肽聚糖含量和组分分析造成重组菌和野生菌发酵性能差异的原因。【结果】缺失cwlO的重组菌对l-谷氨酰胺的代谢利用效率显著提高,以l-谷氨酰胺和l-谷氨酸为混合前体时,重组菌的γ-PGA产量达到36.3 g/L,比野生菌高48.8%。RT-qPCR结果表明,相较于野生菌,重组菌在利用l-谷氨酰胺时γ-PGA合成途径和呼吸链上关键基因转录水平均上调。荧光倒置显微镜观察发现重组菌细胞形态相比野生菌变短变圆,细胞壁肽聚糖含量和组分测定发现,重组菌细胞壁肽聚糖含量降低,且肽聚糖中蛋白质占比减少。【结论】地衣芽孢杆菌cwlO的缺失引起细胞壁肽聚糖含量降低,促进了菌株对l-谷氨酰胺的利用,强化了γ-PGA的合成,这为探究cwlO对γ-PGA合成的影响提供了新的思路和研究基础。     

响应面法优化枯草芽孢杆菌产γ-PGA的条件

对枯草芽孢杆菌液体发酵产γ-聚谷氨酸[γ-poly（glutamic acid）,γ-PGA]条件进行了优化。首先采用单因子实验筛选出最适碳源为玉米糖化液,氮源为蛋白胨和谷氨酸钠,无机盐为KH2PO4,MgCl,MnCl2和NaCl。在此基础上,利用Plackett-Burman设计对影响产量的12个因素进行评价,筛选出具有显著效应的因素蛋白胨、谷氨酸钠和NaCl。用最陡爬坡路径逼近最大产γ-PGA区域后,利用响应面中心组合设计对显著因素进行优化,得出蛋白胨、谷氨酸钠和NaCl的最佳质量分数分别为0.54%,8.13%和0.96%。优化后液体发酵液γ-PGA产量提高到29.00 g/L,比初始γ-PGA产量14.10 g/L提高了2倍。     

保水功能菌枯草芽胞杆菌LX-1固态发酵的工艺优化

γ-聚谷氨酸(γ-PGA)对土壤保水和提高植物抗逆性具有明显作用,为了利用农产品加工下脚料发酵生产含有γ-PGA的保水功能肥料,对福建省微生物研究所环境微生物研究室分离到的产γ-PGA的枯草芽胞杆菌(Bacillus subtilis)LX-1的固态发酵培养基配比进行优化。实验以发酵产物的荧光素双醋酸酯酶(FDA)酶活和增比黏度为指标,在通过单因素实验选定固态发酵料的碳源、氮源、无机盐溶液的最佳配比以及无机盐较佳添加量的基础上,通过拟水平均匀设计U₇*(7⁴)试验,得出菌株LX-1固态发酵的最佳培养基配方：V豆粕：V麦麸：V无机盐溶液=6：4：4,其中无机盐溶液的最佳配方为K₂HPO₄·3H₂O 5.24 g/L、MgSO₄·7H₂O 0.78 g/L、NaCl 11.67 g/L。为利用农产品加工下脚料发酵生产含γ-PGA保水肥料提供参考。     

谷氨酸棒杆菌一步法发酵糖质原料生产γ-聚谷氨酸

γ-聚谷氨酸在食品、化妆品、生物医药等领域具有广泛的应用,目前主要的生产菌株是谷氨酸依赖型菌株,在生产过程中需要添加谷氨酸作为前体,因而生产γ-聚谷氨酸的成本较高。文中主要研究从糖质原料一步法发酵合成γ-聚谷氨酸的生产工艺。首先,从产γ-聚谷氨酸的菌株枯草芽孢杆菌中克隆γ-聚谷氨酸合成酶的基因簇pgs BCA,在谷氨酸棒杆菌模式菌株ATCC13032中进行诱导型和组成型表达,结果显示,仅诱导型表达菌株可以积累γ-聚谷氨酸,产量为1.43 g/L。进一步对诱导条件进行优化,确定诱导时间为2 h,IPTG浓度为0.8 mmol/L,γ-聚谷氨酸产量为1.98g/L。在此基础上,在一株高产谷氨酸的谷氨酸棒杆菌F343中外源表达pgs BCA,对重组菌进行发酵,结果表明,在摇瓶发酵中γ-聚谷氨酸产量达到10.23g/L,在5L发酵罐中产量达到20.08g/L;继而对γ-聚谷氨酸进行分子量测定,结果显示,产自F343重组菌的γ-聚谷氨酸的重均分子量比产自枯草芽孢杆菌的提高34.77%。文中构建了一步法发酵糖质原料生产γ-聚谷氨酸的新途径,同时为开发其潜在应用奠定了基础。     

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.     

γ-聚谷氨酸基因工程研究进展与展望

γ-聚谷氨酸(γ-PGA)是一种天然高分子可降解、环境友好型的新型阴离子聚合物。目前发现多种芽孢杆菌、古细菌和一种真核生物均可合成γ-PGA。根据其合成是否需要外加谷氨酸分为谷氨酸依赖性和谷氨酸非依赖型。γ-PGA的合成基因分为结合型的cap系和游离型的pgs系,其表达产物组成的γ-PGA合成酶复合体调节着γ-PGA的合成和转运。由于γ-PGA具有水溶性好、保湿性好、吸水性好、良好的生物兼容性和生物可降解性、可食用、对环境无污染等优点,在医药、农业、食品、环境、化妆品等领域具有广泛的应用前景。主要对γ-PGA的结构特点、微生物合成、相关基因、合成机理、应用、诱变处理进行综述。以期通过物理和化学等技术的诱变,获得γ-PGA的高产菌株,为提高γ-PGA产量提供依据。