能量代谢工程促地衣芽胞杆菌DW2高效合成杆菌肽

杆菌肽是一种主要由芽胞杆菌产生的广谱性环肽类抗生素,目前广泛应用于兽药领域。能量代谢在微生物高效合成目的代谢产物中具有重要作用。文中以杆菌肽工业生产菌株地衣芽胞杆菌Bacillus licheniformis DW2为出发菌株,首先构建了呼吸链分支途径细胞色素bd泛醇氧化酶基因cydB缺失菌株,发现cydB缺失后杆菌肽效价和胞内ATP浓度相比于对照菌株分别提高了10.97%和22.96%。接着,证实了强化表达另外一条呼吸链分支途径——细胞色素aa3氧化酶基因qoxA能够提高杆菌肽合成水平,其杆菌肽效价和胞内ATP浓度相比于对照菌株分别提高了18.27%和34.00%。强化ADP合成供给也是促进胞内ATP积累的有效策略,结果表明强化表达腺苷激酶DcK和腺苷酸激酶AdK均可以提高杆菌肽效价和胞内ATP浓度,其中强化表达DcK效果较好,其杆菌肽效价相比对照提高16.78%。最后,通过组合代谢工程育种,在基因cydB缺失菌DW2ΔcydB基础上整合表达了qoxA和dck,得到工程菌株DW2-CQD(DW2ΔcydB::qoxA::dck),发酵结果表明,DW2-CQD杆菌肽效价达到954.25 U/mL,相比于对照菌株提高了21.66%,单位菌体杆菌肽效价为2.11 U/CFU,相比对照提高了11.05%。此外,DW2-CQD胞内ATP浓度为39.54 nmol/L,相比于对照提高了49.32%。结果证实能量代谢工程是提高杆菌肽发酵水平的有效策略,提供了一株具有工业化应用前景的杆菌肽生产菌株。     

地衣芽胞杆菌活菌制剂的临床应用进展

整肠生是应用二十多年的地衣芽胞杆菌活菌制剂,已有大量的研究报道其临床有效性和安全性。地衣芽胞杆菌大量分泌种类丰富的消化酶,通过抑制肠道有害菌生长和促进有益菌增殖调节肠道菌群,并产生杆菌肽、地衣素和乙酸等生物活性物质发挥益生作用。本文总结了益生菌的益生特点,并重点分析了芽胞杆菌的益生特点,归纳了整肠生的作用机制与临床研究现状,揭示了其在肝脏疾病、溃疡性结肠炎、肠易激综合征、幽门螺旋杆菌感染以及病毒感染等疾病中的治疗作用,并对整肠生未来的临床应用方向进行了展望。     

地衣芽胞杆菌乙醛酸循环对聚谷氨酸合成的影响北大核心

[目的]了解乙醛酸循环在地衣芽胞杆菌WX-02生物合成聚谷氨酸中作用,为聚谷氨酸生产提供新的解决方法。[方法]采用基因工程手段,以地衣芽胞杆菌WX-02为原始菌株,分别增强表达和敲除异柠檬酸裂解酶ace A基因,检测发酵过程中聚谷氨酸产量、生物量、胞内外代谢物和相关基因转录量。[结果]增强表达异柠檬酸裂解酶ace A基因后,胞内谷氨酸浓度显著升高(483.42 ng/m L/Log(CFU)),溢流代谢产物减少(乙酸5.41 g/L、乙偶姻5.82 g/L、2,3-丁二醇7.31 g/L),聚谷氨酸生物合成产量为11.74 g/L,相比原始菌株提高15%。谷氨酸脱氢酶roc G基因、谷氨酸消旋酶glr基因和聚谷氨酸合成酶复合体中pgs B基因转录水平相对原始菌株分别提高1.61倍、1.32倍和1.24倍。[结论]增强乙醛酸循环可以降低地衣芽胞杆菌WX-02乙酸等溢流代谢产物合成,提高胞内谷氨酸合成能力,并上调聚谷氨酸合成酶基因转录水平,最终提高聚谷氨酸生物合成产量。     

地衣芽胞杆菌培养条件的研究

应用单因素和正交试验设计试验法对地衣芽胞杆菌在摇瓶水平上进行了培养基配方和培养条件的研究。结果表明：最适培养基配方为山芋淀粉1．0％,豆粕0．6％,玉米芯粉0．8％,K2HPO4 0．1％,MgSO40．1％。最适培养条件为37℃,摇床转速150r／min,250mL三角瓶装液50mL,接种量5．0％,振荡培养48h,pH7．0。在20L自动发酵罐中进行了扩大培养试验,考察溶氧对菌体生长的影响,并根据试验结果进一步扩大至1m^3发酵罐,通过控制搅拌速度和通气量,1m^3发酵罐中地衣芽胞杆菌培养液菌浓为7．2×10^9efu／mL,芽胞率达到90％。     

地衣芽胞杆菌（CMCC63519）及代谢产物对部分细菌的抑菌作用

本文通过两个试验,证实了地衣芽杆菌的代谢产物对某些细菌有类似抗生素样作用。抑菌作用与代谢产物有关。     

代谢工程改造L-半胱氨酸供给模块促地衣芽胞杆菌高效合成杆菌肽

杆菌肽是一种主要由芽胞杆菌产生的广谱性抗生素,目前作为兽药广泛应用于畜禽养殖领域.前体氨基酸供应不足可能是限制微生物发酵高产杆菌肽的重要因素.文中以杆菌肽工业生产菌株——地衣芽胞杆菌Bacillus licheniformis DW2为出发菌株,研究L-半胱氨酸供给模块强化对杆菌肽合成的影响.首先,构建了L-半胱氨酸合...     

地衣芽胞杆菌在植物病害生物防治中的应用

随着对地衣芽胞杆菌研究的不断深入和其杀虫、抗菌、生物降解等多种生物学活性的发现,地衣芽胞杆菌被认为是芽胞杆菌属中最具有生物防治应用价值的菌种之一。本文论述了地衣芽胞杆菌的生物学特性及其防治植物病害的四种主要作用机制,包括竞争、分泌抗菌物质、诱导植物系统抗性和促进植物生长;介绍了地衣芽胞杆菌在水稻、棉花、番茄、芒果、辣椒等多种大田作物和经济果蔬上的应用现状和生物防治效果;并讨论了其在生防应用过程中存在的主要问题,为今后地衣芽胞杆菌在生物防治方面的研究提供理论依据和应用参考。     

地衣芽胞杆菌在植物病害生物防治中的应用

随着对地衣芽胞杆菌研究的不断深入和其杀虫、抗菌、生物降解等多种生物学活性的发现,地衣芽胞杆菌被认为是芽胞杆菌属中最具有生物防治应用价值的菌种之一。本文论述了地衣芽胞杆菌的生物学特性及其防治植物病害的四种主要作用机制,包括竞争、分泌抗菌物质、诱导植物系统抗性和促进植物生长;介绍了地衣芽胞杆菌在水稻、棉花、番茄、芒果、辣椒等多种大田作物和经济果蔬上的应用现状和生物防治效果;并讨论了其在生防应用过程中存在的主要问题,为今后地衣芽胞杆菌在生物防治方面的研究提供理论依据和应用参考。     

苏云金芽胞杆菌BkdR和CcpA对bkd基因簇的转录调控

【目的】通过分析苏云金芽胞杆菌(Bacillus thuringiensis,Bt)转录调控因子BkdR和多效调控因子CcpA对亮氨酸、异亮氨酸、缬氨酸代谢基因簇bkd的转录调控,明确bkd基因簇的转录调控机制。【方法】通过β-半乳糖苷酶活性测定分析bkd基因簇启动子的诱导转录活性,采用同源重组技术敲除Bt HD73菌株的ccpA基因,通过融合His标签的方法在大肠杆菌中表达纯化BkdR和CcpA蛋白,通过凝胶阻滞实验明确BkdR和CcpA蛋白与bkd基因簇启动子的结合作用。【结果】亮氨酸、异亮氨酸、缬氨酸可诱导bkd基因簇启动子Pptb的转录活性。Pptb的诱导活性在bkdR突变体中明显降低,而在ccpA突变体中明显上升。BkdR和CcpA蛋白与Pptb均有结合作用。【结论】bkd基因簇的转录活性受BkdR正调控,而受CcpA负调控。     

地衣芽胞杆菌碱性蛋白酶基因克隆与表达特性

目的建立高产量和高活力的地衣芽胞杆菌碱性蛋白酶基因表达体系。方法采用PCR技术克隆获得目的基因,将其连入表达质粒pET-32 a构建原核表达重组质粒,经测序鉴定后,转化BL21大肠埃希菌,不同温度下IPTG诱导表达融合蛋白,测定酶活;进一步对该基因和编码蛋白进行同源性比较和酶学性质分析。结果碱性蛋白酶基因序列全长1 149 bp,编码382个氨基酸,同源性为99%,融合蛋白分子质量为62 kD,蛋白酶酶活为29 000 U/mL,并且在25℃时是以可溶蛋白形式表达,37℃时部分蛋白以包涵体形式存在。结论此种表达体系可以成功表达具有生物活性的碱性蛋白酶,诱导温度对蛋白酶存在形式具有较大影响。     

地衣芽孢杆菌9945a转运蛋白YdgF1的功能鉴定

【目的】本研究对地衣芽孢杆菌(Bacillus licheniformis) 9945a菌株中ydgF1基因编码的转运蛋白进行功能鉴定。【方法】分别构建ydgF1基因过表达株9945a/pHY300-Shu-ydgF1和敲除株9945aΔydgF1,设计了以D-丙氨酸为唯一氮源的磷酸盐D-丙氨酸(phosphate D-alanine, PDA)培养基来考察菌株的生长能力,并进行细胞吸收实验。利用实时荧光定量PCR(real-time quantitative polymerase chain reaction, RT-qPCR)评价菌株9945a与9945aΔydgF1在LB培养基中不同生长时期ydgF1的相对表达量,然后对9945a与9945aΔydgF1后期的培养基平板活菌计数,计算菌落形成单位(colony-forming units, CFU)。【结果】在PDA培养基中,9945aΔydgF1的比生长速率始终低于9945a,而9945a/pHY300-Shu-ydgF1最大比生长速率为0.336h–1,是9945a/pHY300-Shu的1.98倍,并且培养15 h后9945...     

苏云金芽胞杆菌Sigma54和CcpA共同调控的基因鉴定

【目的】通过综合分析苏云金芽胞杆菌(Bacillus thuringiensis)HD73菌株Sigma54缺失突变体的转录组数据和蜡样芽胞杆菌(Bacillus cereus)ATCC 14579菌株CcpA缺失突变体的转录组数据,并进行启动子与CcpA蛋白的体外结合验证,明确Bt HD73菌株中Sigma54和CcpA共同调控的基因,丰富了对微生物的代谢调控网络的认识。【方法】以转录组测序结果为基础,通过基因同源性的比对在Bt HD73菌株中寻找受Sigma54和CcpA共同调控的基因,在这些基因中找到具有cre序列的启动子,通过凝胶阻滞验证这些启动子与CcpA蛋白的结合。【结果】Bt HD73菌株中有31个基因受Sigma54和CcpA共同调控,其中14个基因的启动子序列包含cre序列,这些启动子都可以与CcpA蛋白发生体外结合。【结论】Bt HD73菌株中有14个基因直接受CcpA的调控,同时其转录受Sigma54的控制。     

基于表达元件和宿主优化促地衣芽胞杆菌高效表达L-天冬酰胺酶

L-天冬酰胺酶(L-asparaginase, L-ASN)广泛用于恶性肿瘤治疗及低丙烯酰胺食品生产,然而其较低的表达水平限制了应用推广。异源蛋白表达是提高目标酶表达水平的有效策略,芽胞杆菌广泛用于酶蛋白的高效生产,本研究拟通过表达元件及宿主优化提高芽胞杆菌(Bacillus)中L-天冬酰胺酶产量。首先,筛选了5种信号肽(SP_SacC、SP_AmyL、SP_AprE、SP_YwbN、SP_WapA)用于L-天冬酰胺酶的分泌表达,其中SP_SacC介导下L-天冬酰胺酶分泌效果最好,酶活达到157.61 U/mL。随后,选取了4种芽胞杆菌强启动子(P43、P_ykzA-P43、P_Ubay、P_{bac A}),其中串联启动子P_ykzA-P43介导的L-天冬酰胺酶表达量最高,较对照菌株提高了52.94%。最后,筛选了3种芽胞杆菌表达宿主：地衣芽胞杆菌(Bacillus licheniformi...     

酱香型白酒发酵中地衣芽孢杆菌前噬菌体的鉴别

【背景】噬菌体是微生物群落的重要组成部分,但传统白酒发酵中噬菌体的分类和存在尚不清楚。【目的】通过检测公共数据库和酱香型白酒发酵中地衣芽孢杆菌(Bacillus licheniformis)基因组中的前噬菌体整合区域,探究传统酱香型白酒发酵中关键功能菌株的前噬菌体分类和侵染情况。【方法】使用未培养(细菌全基因组分析)和可培养(菌株筛选和特异性PCR反应)技术对不同环境来源和来自酱香型白酒发酵的地衣芽孢杆菌前噬菌体的分类和存在进行解析。【结果】细菌全基因组分析显示,30株来自不同环境的地衣芽孢杆菌基因组中共注释到165个前噬菌体,其中63.6%(105/165)为完整前噬菌体序列。97.1%感染地衣芽孢杆菌的噬菌体属于长尾噬菌体科(Siphoviridae),2.9%属于肌尾噬菌体科(Myoviridae),53.0%完整前噬菌体的基因功能未知。在来自酱香型白酒发酵的B. licheniformis MT-B06中检测到7个前噬菌体整合序列,其中57.1%(4/7)为完整前噬菌体序列,来自酱香型白酒发酵的地衣芽孢杆菌存在多种不同前噬菌体的共感染。来自酱香型白酒发酵的地衣芽孢杆菌前噬菌体存在来自细菌基因组上相邻CotD孢子外壳蛋白(CotD family spore coat protein)基因的水平基因转移。在26株来自酱香型白酒发酵的地衣芽孢杆菌中,69.2%(18/26)存在噬菌体编码主要衣壳蛋白的基因,100.0%(26/26)存在噬菌体编码CotD孢子外壳蛋白的基因。【结论】来自不同环境的地衣芽孢杆菌和酱香型白酒发酵的地衣芽孢杆菌中存在高水平的前噬菌体整合,来自酱香型白酒发酵的地衣芽孢杆菌前噬菌体中广泛存在来源于宿主的CotD孢子外壳蛋白基因的水平基因转移。本研究为首次对传统发酵白酒中噬菌体的分类和存在进行探究,有助于对发酵微生物群落中噬菌体-细菌相互作用加深理解。     

地衣芽孢杆菌对脂多糖诱导的仔猪肝脏炎症及抗氧化功能的影响

[目的]本文旨在研究地衣芽孢杆菌(Bacillus licheniformis HJ0135)对脂多糖(lipopolysaccharide,LPS)应激断奶仔猪肝脏指数、炎症因子、抗氧化功能及相关基因表达的影响。[方法]选择24头28日龄健康状况良好的三元杂交断奶仔猪(杜×长×大),随机分成4个试验组:对照组(control,CON),500 mg/kg地衣芽孢杆菌HJ0135组(BL)、LPS应激组(LPS)以及LPS+500mg/kg地衣芽孢杆菌HJ0135组(BL-LPS),在试验第28天,给LPS组和BL-LPS组仔猪腹腔注射1.5 mL浓度为1 mg/mL的LPS,给CON组和BL组仔猪注射等量生理盐水,1.5 h后屠宰并采样。[结果]与CON组相比,BL组血清谷草转氨酶(aspartate aminotransferase,AST)和谷丙转氨酶(alanine aminotransferase,ALT)的含量降低,肝脏的总抗氧化能力(total antioxidant capacity,T-AOC)提升且过氧化氢酶(catalase,CAT)和总超氧化物歧化酶(total...     

地衣芽胞杆菌FJAT-4脂肽结构鉴定及其对尖孢镰刀菌的抑制作用

【目的】地衣芽胞杆菌FJAT-4产生的脂肽能够有效抑制尖孢镰刀菌的生长,本研究的目的在于探究地衣芽胞杆菌FJAT-4脂肽结构,分析培养基组分和培养温度对FJAT-4产抑菌脂肽的影响,阐述脂肽对尖孢镰刀菌的抑制作用,为菌株抑菌机理的阐释及其在枯萎病防治中的推广应用奠定基础。【方法】通过酸沉醇提法提取地衣芽胞杆菌FJAT-4产生的脂肽;利用液相色谱串联四极杆飞行时间质谱进行地衣芽胞杆菌FJAT-4脂肽组成分析及结构鉴定;以抑菌圈大小为指标评估地衣芽胞杆菌FJAT-4脂肽对尖孢镰刀菌的抑制效果;通过扫描电镜观察地衣芽胞杆菌FJAT-4粗脂肽对尖孢镰刀菌的抑制作用。【结果】地衣芽胞杆菌FJAT-4产生的抑菌脂肽由C_(17)fengycin A、C_(17)fengycin B、C_(17)fengycin B_2、C_(16)fengycin A衍生物、C_(16)fengycin B衍生物、C_(13)–C_(15)surfactin及C_(13)–C_(15)surfactin衍生物组成,其中C_(13)–C_(15) surfactin衍生物(m/z[M+Na]~+=1048.6/1062.6/1076.6)为新化合物。培养基成分不同对菌株FJAT-4脂肽组成影响较小,但温度对菌株FJAT-4产生抑菌脂肽的影响很大,该菌株在较低温度(20–25°C)下培养不产生脂肽,30–40°C下培养能产生抑菌脂肽,且高温有利于提高脂肽中surfactin的比例。该脂肽类物质对辣椒、番茄、香蕉和甜瓜尖孢镰刀菌等多种植物病原真菌均具有很好的抑制效果,且呈剂量依赖性。扫描电镜结果表明地衣芽胞杆菌FJAT-4所产的脂肽会严重影响辣椒、番茄、香蕉和甜瓜尖孢镰刀菌菌丝的正常生长,导致菌丝断裂变形、孢子变形或显著抑制了孢子的生长。【结论】地衣芽胞杆菌FJAT-4产生的抑菌脂肽为fengycin和surfactin类物质,该抑菌脂肽会致使尖孢镰刀菌菌丝体发育畸形,影响尖孢镰刀菌的正常生长。     

Evaluation of formulations of Bacillus licheniformis for the biological control of tomato gray mold caused by Botrytis cinerea

Bacillus licheniformis N1, which has previously exhibited potential as a biological control agent, was investigated to develop a biofungicide to control the gray mold of tomato caused by Botrytis cinerea. Various formulations of B. licheniformis N1 were developed using fermentation cultures of the bacteria in Biji medium, and their ability to control gray mold on tomato plants was evaluated. The results of pot experiments led to the selection of the wettable powder formulation N1E, based on corn starch and olive oil, for evaluation of the disease control activity of this bacterium after both artificial infection of the pathogen and natural disease occurrence under production conditions. In plastic-house artificial infection experiments, a 100-fold diluted N1E treatment was found to be the optimum biofungicide spray formulation. This treatment resulted in the significant reduction of symptom development when N1E was applied before Bo. cinerea infection, but not after the infection. Both artificial infection experiments in a plastic house and natural infection experiments under production conditions revealed that the N1E significantly reduced disease severity on tomato plants and flowers. The disease control value of N1E on tomato plants was 90.5% under production conditions, as compared to the 77% conferred by a chemical fungicide, the mixture of carbendazim and diethofencarb (1:1). The prevention of flower infection by N1E resulted in increased numbers of tomato fruits on each plant. N1E treatment also had growth promotion activity, which showed the increased number of tomato fruits compared to fungicide treatment and non-treated control and the increased fruit size compared the non-treated control under production conditions. This study suggests that the corn starch-based formulation of B. licheniformis developed using liquid fermentation will be an effective tool in the biological control of tomato gray mold.     

Residues Leu52 and Leu134 are important for the structural integrity of a nucleotide exchange factor GrpE from Bacillus licheniformis

A DNA fragment encoding Bacillus licheniformis GrpE (BlGrpE) with double mutations at codons 52 and 134 was obtained during PCR cloning. Leu52 and Leu134 in BlGrpE were individually replaced with Pro and His to generate BlGrpE-L52P and BlGrpE-L134H. BlGrpE and BlGrpE-L52P synergistically stimulated the ATPase activity of B. licheniformis DnaK (BlDnaK); however, BlGrpE-L134H and the double-mutated protein (BlGrpE-L52P/L134H) had no co-chaperone function. BlGrpE, BlGrpE-L52P, and BlGrpE-L134H mainly interacted with the monomer of BlDnaK but non-specific interaction was observed for BlGrpE-L52P/L134H. Measurement of intrinsic fluorescence revealed a significant alteration of the microenvironment of aromatic acid residues in the mutant proteins. As compared with BlGrpE, quenching of 208-nm and 222-nm signals were observed in the mutant BlGrpEs and the single-mutated proteins were more sensitive to thermal denaturation.     

地衣芽孢杆菌E7氨肽酶的异源表达及其在高效蛋白水解中的应用

【目的】将地衣芽孢杆菌(Bacilluslicheniformis)E7氨肽酶基因pepN克隆到大肠杆菌(Escherichia coli) BL21中,实现氨肽酶Ec PepN的异源表达,研究重组酶的酶学性质及其与碱性蛋白酶协同作用,高效水解大豆蛋白和酪蛋白,产生小分子活性肽和游离氨基酸。【方法】以地衣芽孢杆菌E7基因组DNA为模板,将氨肽酶基因pepN克隆到载体pET28a中,构建重组表达载体pET28-pepN,转化到大肠杆菌BL21感受态细胞中,经DNA测序验证,获得重组菌E. coli BL21/pET28-pepN。利用镍离子亲和层析柱对重组酶进行分离纯化,研究纯酶的pH和温度稳定性、半衰期和NaCl的耐受性等酶学性质。以商品化氨肽酶与碱性蛋白酶协同作用为对照,重组酶Ec PepN与碱性蛋白酶协同水解大豆蛋白和酪蛋白,测定水解产物中小分子活性肽和游离氨基酸的组成。【结果】Ec PepN在大肠杆菌BL21中可溶性表达,SDS-PAGE分析表明纯化的重组酶在52kDa左右显示单一条带。在7种测定底物中,Ec PepN的最适底物为Ala-pNA。在最适条件(pH 9.0和50°C...