2-萘酸细菌代谢途径的研究

采用质粒消除、转座子Tn10插入突变和回复突变等试验方法证实了2-萘酸细菌代谢途径中邻苯二酸环节的存在,探讨了2-萘酸代谢菌2-NAT菌株对2-萘酸代谢的调控机制。发现该菌至少带有一个质粒,该菌的2-萘酸代谢途径由质粒和染色体DNA共同编码控制。     

假单胞杆菌2-萘酸加氧酶基因的克隆与表达

采用Cosmid pLARF1构建了完整的2-萘酸代谢菌2-NAT菌株的基因文库.通过分析基因文库中产生蓝色色素的克隆验证了2-萘酸代谢基因在大肠杆菌体内得到表达,并导致重组细菌产生靛蓝.从产生靛蓝的克隆抽提重组的Cosmid DNA进行酶解分析,发现所有能产生靛蓝的克隆均含有一大小相同的DNA片段.用重组细菌进行靛蓝生物合成的试验展示了微生物法生产靛蓝的美好前景.     

2-萘酸加单氧酶基因及NADH:黄素还原酶基因的克隆与分析

伯克霍尔德氏菌(Burkholderiasp.)JT1500对2-萘酸(2-naphthoate)生物降解的关键步骤之一是通过2-萘酸加单氧酶羟化2-萘酸生成1-羟基-2-萘酸(1-hydroxy-2-naphthoate)。在已确定2-萘酸加单氧酶基因及其功能的基础上对含有该基因的一个4.8kb长度的基因簇进行了克隆测序。该序列上含有4个可能的阅读框orfB、orfC、orfD、orfA。序列比对发现,orfA序列与JaponicumUSDA110和RalstoniaeutrophaHF39中的加单氧酶基因同源性较高,orfB序列与BordetllapertussisTohamaI、RalstoniasolanacearumGMI1000和BordetellabronchisepticaRB50等菌中的黄素还原酶基因有一定的同源性。酶活分析发现只含基因orfA的重组大肠杆菌SA细胞提取液有很低的加氧活性,含基因orfB的重组子SB细胞提取液没有加氧活性,但在反应体系中同时加入SA和SB的细胞提取液后,其加氧活性显著增强,包含片段orfB orfA的重组子SB A在黄素(FMN、FAD)存在的情况下也表现出很强的加氧活性;在厌氧条件下,能检测出SB细胞提取液的黄素还原活性。基于以上信息,认为2-萘酸加单氧酶基因簇含有两个重要的组分黄素还原酶基因(nmoB)和加单氧酶基因(nmoA)。2-萘酸加单氧酶Nmo羟化2-萘酸的过程为先由黄素还原酶(NmoB)在NADH存在的条件下将黄素(FMN、FAD)还原为还原型黄素(FMNH2、FADH2),然后加单氧酶(NmoA)利用还原型黄素和O2羟化底物2-萘酸,生成1-羟基-2-萘酸。NmoB是NmoA的偶联蛋白。     

假单胞杆菌2-萘酸加氧酶基因的克隆与表达

采用Cosmid pLARF1构建了完整的2-萘酸代谢菌2-NAT菌株的基因文库.通过分析基因文库中产生蓝色色素的克隆验证了2-萘酸代谢基因在大肠杆菌体内得到表达,并导致重组细菌产生靛蓝.从产生靛蓝的克隆抽提重组的Cosmid DNA进行酶解分析,发现所有能产生靛蓝的克隆均含有一大小相同的DNA片段.用重组细菌进行靛蓝生物合成的试验展示了微生物法生产靛蓝的美好前景.     

铜绿假单胞菌AS1.860萘降解质粒的转化

为进一步证明铜绿假单胞菌AS1.860菌株降解萘能力与质粒的关系,我们以菌株AS1.860作供体菌,AS1.860-30(B-2~-)作受体菌进行转化。转化子BS1.860CI具备了供体株的遗传特性,转化频率为8×10~(-8)。琼脂糖凝胶电泳和酶切图谱观察,二者质粒DNA迁移区段和酶切图谱相同,表明质粒与萘的降解及铜绿色素的产生有关。     

好客嗜酸两面菌W1寡营养酸性热泉环境的适应机制

【目的】从基因组水平揭示好客嗜酸两面菌(Acidianus hospitalis)W1对寡营养酸性热泉环境的适应机制。【方法】使用NCBI非冗余蛋白数据库、Uniport蛋白数据库以及Sulfolobus数据库对好客嗜酸两面菌W1基因组序列进行功能注释,使用KEGG数据库对基因组进行In slico代谢途径重构,在此基础之上,采用比较基因组学方法对代谢途径进行鉴定和完善。【结果】好客嗜酸两面菌W1具备多样化的代谢方式以适应寡营养酸性热泉环境。W1菌株通过3-羟基丙酸/4-羟基丁酸和乙二酸-4-羟基丁酸循环进行CO2固定、通过氧化还原型无机硫化物(Reduced inorganic sulfur compounds,RISCs)获取能量营自养型生长。但W1菌株与模式菌株Acidianus ambivalens的硫代谢方式不同,W1基因组中缺少编码亚硫酸-受体氧化还原酶(SAOR)、腺苷硫酸(APS)还原酶、硫酸腺苷酰转移酶(SAT)和腺苷硫酸:磷酸腺苷转移酶(APAT)的基因。此外,W1菌株可以通过非磷酸化的分支的ED途径和TCA循环进行葡萄糖代谢,糖类和氨基酸转运蛋白以及相应水解酶的存在表明W1能够利用部分有机物营兼性自养型生长。与A.ambivalens不同,W1菌株不能利用H2作为电子供体。【结论】多样化的代谢方式为好客嗜酸两面菌W1更好地适应寡营养酸性热泉环境提供了重要保障,对于W1菌株特有代谢方式的揭示也丰富了对于嗜酸两面菌(Acidianus)属物种代谢多样性的认知。     

伯克霍尔德氏菌(Burkholderia sp.)2-萘酸单加氧酶基因(nmo)的克隆及表达

通过酶切连接将Burkholderia sp．JTl500的一段DNA片段(4．8kb)亚克隆到表达载体pUC18上,得到重组子pEKl23。测序后的pEKl23重组子4．8kb插入片段的序列已经登陆欧洲EMBL基因库,序列接受号为AJ566333。对这一DNA片段的序列分析显示,此DNA片段含有3个阅读框,且在这3个阅读框5’端发现一启动子特异序列。再用酶切连接方法得到仅含一个阅读框的重组子pXK3,其阅读框长度为1158bp,编码386个氨基酸,与已报道的Ralstonia eutropha HF39羟化酶(单加氧酶,bec)氨基酸序列有64％的同源性。pEKl23对2-萘酸代谢途径中4个关键底物的转化实验结果显示,其基因产物仅对2-萘酸发生加氧转化反应,而且2-萘酸浓度有明显的降低,证实此基因是2-萘酸单加氧酶基因(nmo)。同时发现其基因产物也可以转化苯甲酸钠。该酶对苯甲酸的加氧转化途径正在研究中。SDS-PAGE结果表明,pXK3、pEKl23两重组子中2-萘酸单加氧酶表达量并没明显区别,但加氧酶酶活却存在显著的差别。推测在启动子后,单加氧酶阅读框前的两个阅读框的基因产物,对单加氧酶活有促进作用。     

食品抗氧剂-D-异抗坏血酸的研究——Ⅱ.产酮产碱菌E54产生2-酮基-D-葡萄糖酸的发酵条件

2-酮基-D-葡萄糖酸是合成D-异抗坏血酸(简称异维生素C)的前体。而D-异抗坏血酸及其钠盐是广泛应用于食品工业中的优良抗氧剂。本文通过新种产酮产碱菌使葡萄糖发酵产生2-酮基-D-葡萄糖酸,并对该菌发酵的碳源、氮源、通气量、温度、金属离子等影响作了探讨,通过正交试验确定了产生2-酮基-D-葡萄糖酸最佳种子培养基和发酵培养基。并对该菌的发酵代谢作了初步的观察。     

食品抗氧剂-D-异抗坏血酸的研究——Ⅱ.产酮产碱菌E54产生2-酮基-D-葡萄糖酸的发酵条件*

2-酮基-D-葡萄糖酸是合成D-异抗坏血酸(简称异维生素C)的前体。而D-异抗坏血酸及其钠盐是广泛应用于食品工业中的优良抗氧剂。本文通过新种产酮产碱菌使葡萄糖发酵产生2-酮基-D-葡萄糖酸,并对该菌发酵的碳源、氮源、通气量、温度、金属离子等影响作了探讨,通过正交试验确定了产生2-酮基-D-葡萄糖酸最佳种子培养基和发酵培养基。并对该菌的发酵代谢作了初步的观察。     

理性设计和构建过量合成莽草酸的大肠杆菌代谢工程菌

利用代谢工程手段理性改造野生大肠杆菌的莽草酸(Shikimic acid,SA)合成途径及相关代谢节点,以构建高产莽草酸的工程菌株.根据细胞代谢网络分析,利用Red-Xer重组系统连续删除了野生型大肠杆菌CICIMB0013的莽草酸激酶基因(aroL、aroK),葡萄糖磷酸转移酶系统(PTS)的关键组分EIICBglc的编码基因(ptsG)以及奎宁酸/莽草酸脱氢酶基因(ydiB)并系统评价了基因删除对细胞的生长、葡萄糖代谢和莽草酸积累的影响.aroL、aroK的删除阻断了莽草酸进一步转化成为莽草酸-3-磷酸,初步提高莽草酸的累积.删除ptsG基因使大肠杆菌PTS系统部分缺失,细胞通过GalP-glk(半乳糖透性酶-葡萄糖激酶)途径,利用ATP将葡萄糖磷酸化后进入细胞.利用该途径运输葡萄糖能够减少PEP的消耗,使得更多的碳代谢流进入莽草酸合成途径,从而显著提高了莽草酸的产量.在此基础上删除ydiB基因,阻止了莽草酸合成的前体物质3-脱氢奎宁酸转化为副产物奎宁酸(Quinic acid,QA),进一步提高了莽草酸的累积.初步发酵显示4个基因缺失的大肠杆菌代谢工程菌生产莽草酸的能力比原始菌提高了90多倍.     

臭味假单胞菌乙酰乙酰辅酶A硫解酶的提纯及性质研究

从臭味假单胞菌中提纯97倍的AcAcCoA硫解酶在聚丙烯酰胺凝胶电泳上是均一的一带。该酶分子量为170,000,每分子含有4个亚基,亚基分子量为42,000。该酶的等电点为pI6.7。它的N-末端为丙氨酸,N-末端是单一的。该酶催化反应的Km值为10.2μmol/L,最大反应速度为16.7μmol/min·mg。 臭味假单胞菌细胞粗提液透析后,经DEAE-纤维素(DE-52)柱色谱,从洗脱液中可同时得到四个酶的活力峰:乙酰乙酸琥珀酰辅酶A转移酶,AcAcCoA硫解酶,β-酮已二酸琥珀酰辅酶A转移酶和β-酮己二酸单酰辅酶A硫解酶。一般认为在细菌的芳径代谢中存在β-酮己二酸代谢途径,上述四个酶的活力峰同时存在说明除β-酮已二酸代谢途径外,还同时存在乙酰乙酸代谢途径。     

嗜盐古菌Haloferax volcanii WFD11中龙胆酸1,2-双加氧酶HagA的研究

【目的】研究嗜盐古菌Haloferax volcanii WFD11菌株以不同芳香酸作为碳源的生长情况;鉴定其通过龙胆酸途径代谢芳香酸过程中的开环酶龙胆酸1,2-双加氧酶的基因,并对其进行生化水平的研究;初步揭示古菌和细菌代谢芳香酸的可能差异。【方法】分别以4 mmol/L的6种不同芳香酸为唯一碳源培养菌株WFD11,利用全自动生长曲线分析仪测定菌株生长情况并绘制生长曲线;利用高效液相色谱检测菌株WFD11代谢3-羟基苯甲酸的中间产物;对菌株WFD11的基因组进行生物信息学分析,寻找潜在的龙胆酸1,2-双加氧酶编码基因,并在Haloferax volcanii H1424中异源表达;通过快速纯化系统(采用Ni2+-NTA亲和层析柱)纯化异源表达的蛋白,以龙胆酸为底物通过紫外分光光度计检测粗酶液和纯化后的龙胆酸1,2-双加氧酶和相关酶学特性;通过实时定量PCR观察hag A的表达类型。【结果】菌株WFD11能以4 mmol/L的3-羟基苯甲酸和3-羟基苯丙酸为唯一碳源和能源生长;高效液相色谱检测证明菌株WFD11通过龙胆酸代谢3-羟基苯甲酸(3HBA);克隆和异源表达了龙胆酸1,2-双加氧酶基因hag A;Hag A粗酶液和纯化蛋白均具龙胆酸1,2-双加氧酶的活性,催化龙胆酸开环生成顺丁二酸单酰丙酮酸;Hag A的龙胆酸1,2-双加氧酶比活力为0.024 8 U/mg,且其活性不依赖于Fe2+;荧光定量PCR实验结果证明hag A是组成型表达。【结论】嗜盐古菌H.volcanii WFD11可能是通过龙胆酸途径代谢芳香酸类物质,为进一步研究古菌和细菌代谢芳香酸的可能差异打下了基础。     

施氏假单胞菌YC-YH1的萘降解特性及产物分析

【目的】萘是一种重要的环境污染物,它在环境中的积累会对人类健康造成危害,生物降解是解决这一问题的有效方法。本实验室保存的施氏假单胞菌YC-YH1对萘具有较强的降解能力,在此基础上,研究和分析菌株对萘的降解特性、环境因素对萘降解率的影响以及代谢产物。【方法】本文首先采用单因素实验法研究pH、温度、接种量、萘初始浓度对萘降解率的影响;并在单因素实验结果的基础上,利用Design-Expert 8.0.5软件和Box-Behnken设计对pH、温度、接种量3个影响因素进行响应面优化分析,建立环境因素对萘降解率影响的优化模型。利用LC-MS检测萘降解过程中产生的重要代谢产物,从而推测菌株对萘的代谢途径。【结果】响应面分析结果表明,优化模型极显著(P<0.001),拟合度良好,预测结果可信度高。降解实验证明,在培养温度为32.4 °C、pH为7.10、接种量5.74% (体积比)的优化条件下培养3 d即可将浓度为100 mg/L的萘100%降解。LC-MS分析表明,菌株降解萘的过程中,能够被检测到的主要代谢产物有1,2-二羟基萘、水杨酸、邻苯二酚等。【结论】施氏假单胞菌YC-YH1对萘有高的降解效率,pH、温度、接种量3个因素对菌株的降解率有较大影响。利用响应面法优化菌株对萘的降解条件,能够提高YC-YH1菌株对萘的生物降解性能。初步推测菌株YC-YH1对萘的降解是通过水杨酸途径,萘首先被其代谢为1,2-二羟基萘,而后被转化为水杨酸和邻苯二酚,最后进入三羧酸循环被彻底降解。     

由质粒R91-5:: Tn501, R68.45和Rp4: :mini-Mu所引起的条纹状假单胞菌染色体转移

假单胞菌是一类具有多种代谢功能的革兰 氏阴性菌，在工、农和医方面都具有一定的作 用。近年来人们对它作了广泛的研究，在遗传 学方面也有不少的工作^[10]，但是，由于缺少适当 的遗传学工具，对其它的假单胞菌还研究得很 少。我们为了对维生素C前体一2-酮基一古龙酸 的产生菌之一— 条纹状假单胞杆菌(Pseudomonas striata）进行遗传学研究，试验了不同质粒 对该菌染色体基因转移的作用，发现R91-5:: Tn501, R68.45和Rp4: : mini-Mu等质粳都有 明显的促进作用，为构建该菌的遗传图等提供 了方法。     

Vc二步发酵一株新产酸菌的分子生物学特性

对最近分离到的一株能合成维生素C前体 - 2 -酮基 -L -古龙酸 (2 -KGA)的新产酸菌V6生物学和分子生物学特性进行了初步研究。该菌株为革兰氏阴性菌 ,细胞为短杆状 ,菌体大小为 0 .8- 1.0× 0 .4 - 0 .6 μm ,菌落为淡黄色 ,好氧 ,最适生长温度为 2 8～ 30℃ ,最适pH为 7.0～ 7.8,GCmol%含量为 5 3.1% ,不含质粒 ,能氧化葡萄糖、山梨醇和山梨糖合成 2 -KGA。 16SrDNA同源性分析发现 ,该产酸菌与以前报道的能合成 2 -KGA的三个属Ketogulonigenium属、Gluconobacter属和Acetobacter属的同源性分别是 98.9～ 99.3%、82～ 83%和 81～ 82 %。基于以上特性分析 ,该产酸菌在分类发育学上宜归为Ketogulonigenium属。     

新型高密度发酵基因工程菌G830

运用PCR方法,从磷酸乙酰转移酶（Pta）－乙酸激酶（Ack)代谢途径缺失菌株E.coliPA1染色体上,扩增出天氨酸激酶－1-高丝氨酸脱氢酶－I（thrA）和高丝氨酸激酶（thrB）基因部分序列,构建了整合型重组质粒pVHb-Kan;应用染色体－质粒同源重组的方法,将透明颤菌血红蛋白（Vitreoscila haemoglobin,VHb)基因整合到大杆菌PA1染色体上的thr操纵子,构建了新型整合工程菌G830。在高密度发酵条件下,G830的细胞呼吸强度、能量代谢、最高菌密度和细胞干重,均明显优于对照菌株PA1和BL21;重组蛋白脯氨酰内肽酶在G830和PA1中获得稳定高表达;重组菌生长状况及发酵指标均与空宿主菌基本一致且表达质粒能维持较好的稳定性。整合型vhb的表达及乙酸代谢途径（Pta-Ack）的缺陷,改善了宿主在贫氧条件下的生长,且促进了重组蛋白的表达。该工程菌具有良好的氧耐受力,且乙酸积累得到大幅度降低,可作为适于高密度发酵的基因工程菌。     

混合菌发酵L-山梨糖生产Vc前体2-酮基-L-古龙酸研究进展

利用混合菌发酵L-山梨糖生产2-酮基-L-古龙酸(2-KCA),再经化学转化合成维生素C(Vc),是我国工业生产Vc的主要途径,具有简化工艺,减少污染,降低能耗等诸多优点.从菌系组合、菌种选育、代谢途径与酶学特性、工程菌构建、伴生作用机制及发酵工艺等方面出发,综述混合菌发酵L-山梨糖生产Vc前体2-KGA的研究现状和最新进展,并提出进一步研究和探索的方向.     

石果衣菌藻次级代谢产物的初步研究

荒漠地衣石果衣 Endocarpon pusillum中未能检测出任何次级代谢产物,然而,其共生菌基因组中却含有14个PKS基因和2个NRPS基因。通过激活培养后从中分离出3个次级代谢产物,4,6,9-三羟基-7-甲基-1H,3H-萘并[1,8-cd]吡喃-1,3-二酮（lamellicolic anhydride）、石果衣菌素A（endocarpin A）及石果衣菌素B（endocarpin B）,后二者为新结构化合物。从其共生藻柯氏复球藻 Diplosphaera chodatii中分离出3个脱镁叶绿素类化合物,即脱镁叶绿素甲酯酸b（phaeophorbide b）、13-表-脱镁叶绿素甲酯酸a（13- epi-phaeophorbide a）及脱镁叶绿素甲酯酸a（phaeophorbide a）。其中脱镁叶绿素甲酯酸b具有中等的清除DPPH活性。     

恶臭假单胞菌ND6菌株catA基因的克隆和表达及其儿茶酚裂解途径探讨

恶臭假单胞菌ND6菌株的萘降解质粒pND6-1中编码儿茶酚1,2-双加氧酶的catA基因在大肠杆菌中进行了克隆和表达,并研究表达产物的酶学性质。结果表明:酶的Km为0.019μmol/L,Vmax为1.434μmol/(min.mg);具有很好的耐热性,在50℃保温45min后仍能够保留酶活力的93.7%;Fe2 对酶活性有显著的促进作用,其比活力是对照反应的292%;酶对4-氯儿茶酚的催化活性非常低,属于Ⅰ型儿茶酚1,2-双加氧酶。以萘为底物生长时,ND6菌株的细胞提取液中既存在催化邻位裂解途径的儿茶酚1,2-双加氧酶活性,也存在催化间位裂解途径的儿茶酚2,3-双加氧酶活性。以苯甲酸、对羟基苯甲酸和苯乙酸为唯一碳源生长时,ND6菌株细胞提取液的儿茶酚1,2-双加氧酶活性远远大于儿茶酚2,3-双加氧酶活性。表明ND6菌株既能通过儿茶酚间位裂解途径降解萘,也能通过儿茶酚邻位裂解途径降解萘,而以苯甲酸、对羟基苯甲酸和苯乙酸为诱导物时只利用儿茶酚邻位裂解途径。     

基于PTS缺陷型大肠杆菌构建莽草酸生产菌

对大肠杆菌芳香族氨基酸合成途径进行代谢流改造, 以实现高效的生物制备莽草酸。以磷酸烯醇式丙酮酸-糖磷酸转移酶系统(PTS系统)敲除菌DH5α△ptsHIcrr (DHP)为基础, 特异性敲除aroL、ydiB基因并转入受阿拉伯糖诱导表达的T7-RNA聚合酶基因, 最终构建一系列产莽草酸宿主菌。再将aroE、aroB、tktA、glk、aroFfbr组成的系列基因串联起来置于质粒上, 在T7启动子控制下表达, 经摇瓶培养检测得知, 不同重组菌产莽草酸能力与对照相比均有明显提高, 其中DHPYA-T7/pAOC-TGEFB菌株产量最高, 可达到392 mg/L。为进一步构建高表达莽草酸工程菌奠定基础。