酿酒酵母工业菌株中XI木糖代谢途径的建立

根据代谢工程原理,采取多拷贝整合策略,利用整合载体pYMIKP,将来自嗜热细菌Thermusthermophilus的木糖异构酶(XI)基因xylA和酿酒酵母(Saccharomycescerevisiae)自身的木酮糖激酶(XK)基因XKS1,插入酿酒酵母工业菌株NAN-27的染色体中,得到工程菌株NAN-114。酶活测定结果显示,NAN-114中XI和XK的活性均高于出发菌株NAN-27,表明外源蛋白在酿酒酵母工业菌株中得到活性表达。对木糖、葡萄糖共发酵摇瓶实验结果表明,工程菌NAN-114消耗木糖4.6g/L,产生乙醇6.9g/L,较出发菌株分别提高了43.8%和9.5%。首次在酿酒酵母工业菌株中建立了XI路径的木糖代谢途径。     

木酮糖激酶表达水平对酿酒酵母木糖代谢产物流向的影响

在酿酒酵母中分别引入真菌和细菌的木糖代谢关键酶,木糖还原酶基因XYL1、木糖醇脱氢酶基因XYL2和木糖异构酶基因xylA. 并在此基础上以共转化策略超表达下游关键酶木酮糖激酶基因XKS1. 与亲本菌株相比,用pMA91和YEp24质粒表达XKS1的重组菌株,木酮糖激酶（xylulokinase,XK）活性分别提高了14和6.7倍. 在限氧条件下,重组菌株对木糖和葡萄糖的共发酵结果显示,表达XYL1,XYL2以及XKS1的重组菌株HSXY-251木糖消耗为12.4 g/L,提高了120.9%,乙醇产量达到9.4 g/L,提高了36%,副产物木糖醇产量为0.7 g/L,下降了84.9%.     

在酿酒酵母中共表达XYLA和XKS1基因后利用木糖的初步研究

为了使酿酒酵母较好地利用木糖产生乙醇,将来自Thermus thermophilus的木糖异构酶基因XYLA和酿酒酵母自身的木酮糖激酶基因XKS1,构建到酵母表达载体pESC-LEU中,导入酿酒酵母YPH499中,同时成功表达了两种酶基因。该菌以木糖为唯一碳源进行限氧发酵,木糖的利用率为9.64%,为宿主菌的4.17倍,产生2.22 mmol.L-1的乙醇。同时初步探讨了两种酶基因的表达量对酿酒酵母发酵木糖生成乙醇的影响。木糖异构酶对木糖的利用起关键性的作用,木酮糖激酶的过量表达不利于乙醇生成。     

木糖异构酶在酿酒酵母表面表达及对木糖代谢影响的初步研究

利用α-型酿酒酵母(Saccharomyces cerevisiae)表面展示系统的载体,将来源于嗜热细菌Thermus thermophilus的木糖异构酶基因xylA,插入到酿酒酵母蔗糖酶信号肽序列与α-凝集素的C端编码序列之间,形成融合表达框,构建重组质粒pSY-xy222,转化酿酒酵母H158。含重组质粒的菌株H158-SXI木糖异构酶活性测定表明,细胞壁上酶活测定值为1.53 U,木糖异构酶在酿酒酵母细胞壁上得到活性表达。木糖葡萄糖共发酵结果显示,重组菌株木糖利用率较出发菌株提高了17.8%。     

用P. pastoris的pAOX1表达系统表达木糖异构酶

目的:应用P. pastoris的pAOX1表达系统分泌表达重组木糖异构酶.方法:用PCR法从大肠杆菌基因组中扩增木糖异构酶基因(xi).用EcoRⅠ和NotⅠ双酶切将其基因克隆进P. pastoris表达载体.通过电转法将其木糖异构酶基因重组于P. pastoris基因组,筛选G418抗性700μg/ml的重组子作为工程菌GS115(pPIC9K-xi).在摇瓶中发酵用甲醇诱导表达重组木糖异构酶.用SDS-PAGE分析重组蛋白的表达情况,用糖酵解法对表达产物进行活性分析.结果:木糖异构酶基因在pAOX1的调控下,在P. pastoris中经甲醇诱导能分泌表达,摇瓶发酵2d表达量为35mg/L,表达产物具有代谢木糖的作用.结论:成功地克隆了大肠杆菌的木糖异构酶基因,并实现用pAOX1系统在P. pastoris中表达中木糖异构酶,为用P. pastoris规模化生产重组木糖异构酶奠定了基础.     

重组大肠杆菌利用木糖发酵产高纯度L-乳酸

对重组大肠杆菌JH16利用木糖产高纯度的三一乳酸进行研究。通过无氧管驯化EscherwhiacdiJH12菌株得到E．coliJH16,驯化后的菌株茵体浓度提高了31％,乙酸积累减少了43％;在摇瓶中考察不同Mg2＋浓度对EcoliJHl6产三一乳酸的影响,确定最适Mg2＋质量浓度为0．25g/L;EcoEJH16以60g/L木糖为C源,在7L全自动发酵罐中添加0．25g／LMg2＋,乳酸积累量提高了18％,达38．18g/L,乳酸纯度高达95％;E．coliJH16在30g／L木糖和30g／L葡萄糖混合C源中,优先利用葡萄糖,当葡萄糖质量浓度低于1．56g/L后,菌体开始利用木糖进行乳酸发酵,最终得到39g／L乳酸。     

gTME构建共发酵木糖和葡萄糖的重组酿酒酵母

利用全转录工程（gTME）方法将全局转录因子spt15随机突变并克隆表达, 构建突变库。将突变基因连接到表达载体 pYX212上, 醋酸锂法转化入不利用木糖的酿酒酵母YPH499中, 经特定的培养基初筛获得高效利用木糖并共发酵木糖和葡萄糖的酿酒酵母重组菌株。对获得的重组菌株进行了初步研究, 该菌株能够很好的利用木糖并共发酵木糖和葡萄糖。在30oC, 200 r/min, 发酵96 h时, 50 g/L木糖和葡萄糖的利用率为94.0%和98.9%, 乙醇产率为32.4%和31.6%, 原始菌株乙醇产率为44.3%; 当木糖和葡萄糖以质量比1:1混合发酵时, 木糖和葡萄糖利用率分别为91.7%和85.9%, 乙醇产率为26%。木糖醇的含量极低。     

gTME构建共发酵木糖和葡萄糖的重组酿酒酵母

利用全转录工程（gTME）方法将全局转录因子spt15随机突变并克隆表达, 构建突变库。将突变基因连接到表达载体 pYX212上, 醋酸锂法转化入不利用木糖的酿酒酵母YPH499中, 经特定的培养基初筛获得高效利用木糖并共发酵木糖和葡萄糖的酿酒酵母重组菌株。对获得的重组菌株进行了初步研究, 该菌株能够很好的利用木糖并共发酵木糖和葡萄糖。在30oC, 200 r/min, 发酵96 h时, 50 g/L木糖和葡萄糖的利用率为94.0%和98.9%, 乙醇产率为32.4%和31.6%, 原始菌株乙醇产率为44.3%; 当木糖和葡萄糖以质量比1:1混合发酵时, 木糖和葡萄糖利用率分别为91.7%和85.9%, 乙醇产率为26%。木糖醇的含量极低。     

大肠杆菌工程菌ptsG基因敲除及其缺陷株混合糖同型乙醇发酵

为实现可同时利用木糖和葡萄糖进行生产发酵,以产乙醇的大肠杆菌工程菌SZ470为出发菌株(△pflB,△frdABCD,△ackA,△ldhA),采用同源重组技术,敲除葡萄糖转运基因ptsG,以构建不受葡萄糖抑制效应影响的菌株SZ470P.SZ470P在5％混合糖(2.5％木糖和2.5％葡萄糖)培养基中能同时利用葡萄糖和木糖进行发酵,葡萄糖消耗量是13 g/L,为对照菌株SZ470的一半;木糖消耗量是20 g/L,是SZ470的3.8倍;乙醇的最高产量为15.01 g/L,转化率为89.13％,比SZ470提高了14.32％.结果表明,工程菌SZ470P可同时利用葡萄糖和木糖发酵生产高产量的乙醇.     

spt15突变基因对酿酒酵母木糖利用的影响

利用基因工程手段得到重组菌YPH499-3中的spt15有效突变基因,通过表达载体pYX212转化入酿酒酵母原始菌株YPH499中,重新获得酿酒酵母重组菌株。对其性状进行研究,结果表明该菌株能有效利用木糖并共发酵木糖和葡萄糖。在30oC、200r/min,发酵72h时,50g/L木糖的利用率为82.0%,乙醇产率为28.4%;当木糖和葡萄糖以质量比1:1混合发酵时,木糖和葡萄糖的利用率分别为80.4%和100%,乙醇产率为31.4%;同时发现木糖醇的含量极低。从而验证了有效突变基因spt15-10对酿酒酵母共发酵木糖和葡萄糖产酒精的影响。     

嘧啶核苷类物质乳清酸产生菌的选育

以谷氨酸棒杆菌JSIM-201菌株为出发菌株,通过紫外线和甲基磺酸乙酯诱变处理,得到了一株尿嘧啶营养缺陷型突变体U-12菌株,能以葡萄糖为碳源,硫酸铵为氮源,在发酵液中积累一种紫外吸收物质。对U-12菌株的发酵液分离提取结晶,经物理、化学分析鉴定,证明是乳清酸物质。发酵液中积累乳清酸8．6g/L。     

代谢工程改造谷氨酸棒状杆菌合成及分泌途径生产L-缬氨酸

谷氨酸棒状杆菌是目前微生物发酵生产L-缬氨酸的主要工业菌株。文中首先在谷氨酸棒状杆菌VWB-1中敲除了alaT (丙氨酸氨基转移酶),获得突变菌株VWB-2,作为出发菌株。进而对L-缬氨酸合成途径关键酶——乙酰羟酸合酶 (ilvBN) 的调节亚基进行定点突变 (ilvBN1M13),解除L-缬氨酸对该酶的反馈抑制。然后辅助过量表达L-缬氨酸合成途径关键基因ilvBN1M13、乙酰羟酸异构酶 (ilvC)、二羟酸脱水酶 (ilvD)、支链氨基酸氨基转移酶 (ilvE),加强通往L-缬氨酸的碳代谢流,提高菌株的L-缬氨酸水平。最后,基于过量表达L-缬氨酸转运蛋白编码基因brnFE及其调控蛋白编码基因lrp1,提高细胞的L-缬氨酸转运能力。最终获得工程菌株VWB-2/pEC-XK99E-ilvBN1M13CE-lrp1-brnFE在5 L发酵罐中的L-缬氨酸产量达到461.4 mmol/L,糖酸转化率达到0.312 g/g葡萄糖。     

Characterization of glk, a gene coding for glucose kinase of Corynebacterium glutamicum

The glk gene from Corynebacterium glutamicum was isolated by complementation using Escherichia coli ZSC113 (ptsG ptsM glk). We sequenced a total of 3072 bp containing the 969-bp open reading frame encoding glucose kinase (Glk). The glk gene has a deduced molecular mass of 34.2 kDa and contains a typical ATP binding site. Comparison with protein sequences revealed homologies to Glk from Streptomyces coelicolor (43%) and Bacillus megaterium (35%). The glk gene in C. glutamicum was inactivated on the chromosome via single crossover homologous recombination and the resulting glk mutant was characterized. Interestingly, the C. glutamicum glk mutant showed poor growth on rich medium such as LB medium or brain heart infusion medium in the presence or absence of glucose, fructose, maltose or sucrose as the sole carbon source. Growth yield was reduced significantly when maltose was used as the sole carbon source using minimal medium. The growth defect of glk mutant on rich medium was complemented by a plasmid-encoded glk gene. A chromosomal glk-lacZ fusion was constructed and used to monitor glk expression, and it was found that glk was expressed constitutively under all tested conditions with different carbon sources.     

Engineering of a xylose metabolic pathway in Corynebacterium glutamicum

The aerobic microorganism Corynebacterium glutamicum was metabolically engineered to broaden its substrate utilization range to include the pentose sugar xylose, which is commonly found in agricultural residues and other lignocellulosic biomass. We demonstrated the functionality of the corynebacterial xylB gene encoding xylulokinase and constructed two recombinant C. glutamicum strains capable of utilizing xylose by cloning the Escherichia coli gene xylA encoding xylose isomerase, either alone (strain CRX1) or in combination with the E. coli gene xylB (strain CRX2). These genes were provided on a high-copy-number plasmid and were under the control of the constitutive promoter trc derived from plasmid pTrc99A. Both recombinant strains were able to grow in mineral medium containing xylose as the sole carbon source, but strain CRX2 grew faster on xylose than strain CRX1. We previously reported the use of oxygen deprivation conditions to arrest cell replication in C. glutamicum and divert carbon source utilization towards product production rather than towards vegetative functions (M. Inui, S. Murakami, S. Okino, H. Kawaguchi, A. A. Vertès, and H. Yukawa, J. Mol. Microbiol. Biotechnol. 7:182-196, 2004). Under these conditions, strain CRX2 efficiently consumed xylose and produced predominantly lactic and succinic acids without growth. Moreover, in mineral medium containing a sugar mixture of 5% glucose and 2.5% xylose, oxygen-deprived strain CRX2 cells simultaneously consumed both sugars, demonstrating the absence of diauxic phenomena relative to the new xylA-xylB construct, albeit glucose-mediated regulation still exerted a measurable influence on xylose consumption kinetics.     

过量表达异柠檬酸裂解酶对ldh-1谷氨酸棒状杆菌产丁二酸的影响

谷氨酸棒状杆菌SA001是缺失了乳酸脱氢酶基因 (ldhA) 的菌株。为了增加厌氧条件下经异柠檬酸到丁二酸的代谢通量,以提高丁二酸的产量。将来自大肠杆菌Escherichia coli K12的异柠檬酸裂解酶基因导入谷氨酸棒状杆菌SA001 (SA001/pXMJ19-aceA) 中。该菌经0.8 mmol/L的IPTG有氧诱导12 h后,转入厌氧发酵16 h,丁二酸的产量为10.38 g/L,丁二酸的生产强度为0.83 g/(L·h)。与出发菌株比较,异柠檬酸裂解酶的酶活提高了5.8倍,丁二酸的产量提高了48%。结果表明过量表达异柠檬酸裂解酶可以增加由乙醛酸途径流向丁二酸的代谢流。     

谷氨酸棒杆菌高丝氨酸脱氢酶编码基因hom的敲除

本研究以谷氨酸棒杆菌（Corynebacterium glutamicum）标准菌株ATCC 13032染色体为模板,设计引物PCR扩增高丝氨酸脱氢酶编码基因（hom）,在hom基因内部插入一段来源于质粒pET28a的卡那霉素抗性基因（Km）,得到基因元件hom::Km;通过电击转化法将hom::Km转入出发菌株替换原菌株的hom,在含卡那霉素的平板上挑取阳性转化子,通过PCR验证得到高丝氨酸脱氢酶缺陷的重组菌。发酵结果表明重组菌C.g- hom::Km -8发酵60小时赖氨酸产量达到4.7 g／L,是出发菌株谷氨酸棒杆菌ATCC 13032（0.7 g／L）的6.7倍。     

产L-丝氨酸菌株SYPS-062的鉴定及碳源对发酵的影响

采用形态学、生理生化实验和16S rDNA序列分析的方法对从自然界中筛选得到的一株能直接利用糖质原料发酵生产L-丝氨酸菌株SYPS-062的分类地位进行了研究, 确定其为谷氨酸棒杆菌(Corynebacterium glutamicum)。同时考察了碳源对菌株SYPS-062发酵产L-丝氨酸的影响, 实验结果表明, 当蔗糖浓度为60 g/L时, 菌株SYPS-062生物量和L-丝氨酸的积累均达到最大值, 分别为8.1 g/L和6.6 g/L。     

高产γ-氨基丁酸的谷氨酸棒杆菌工程菌的构建和发酵条件优化

为了实现γ-氨基丁酸(GABA)在微生物中"一步法"高效生产,本研究构建出一株高产GABA的谷氨酸棒杆茵工程菌ATCC 13032/pDXW10-gadB1-gadB2,可以直接将自身合成的L-谷氨酸转变成GABA,并对该工程茵的发酵培养基和发酵条件进行了初步优化。结果表明:培养7 h~8 h的种子液按发酵起始OD_(562)=1.6转接至发酵培养基(葡萄糖、玉米浆分别100 g/L、4 g/L),10 h添加PLP至O.1 mmol/L,发酵结束后胞外GABA可达(26.39±1.68)g/L。为工业化"一步法"生产GABA提供理论和实验基础。