阻断嗜乙酰乙酸棒杆菌乙酸合成途径对其在缺氧条件下产琥珀酸的影响

为探究和阻断嗜乙酰乙酸棒杆菌乙酸代谢途径,提高缺氧条件下琥珀酸的产率,减少副产物乙酸的合成,以C. acetoacidophilum ΔldhA为出发菌株,利用同源重组的方法分别敲除磷酸乙酰转移酶、乙酸激酶、CoA转移酶和丙酮酸脱氢酶复合体的相关基因pta,ackA,ctfA与aceE,研究突变菌产琥珀酸过程中相关参数的变化。结果表明：敲除pta与ackA基因后,对乙酸浓度,糖耗速率和糖酸转化率影响不大;pta,ackA与ctfA基因的同时失活使得乙酸的浓度和摩尔转化率分别降低81.4%和77.2%,葡萄糖消耗速率下降28.3%,琥珀酸对葡萄糖摩尔转化率提高25.3%;而单独敲除aceE基因后,乙酸几乎不产生,葡萄糖消耗速率下降35.6%,琥珀酸对葡萄糖摩尔转化率提高34.7%。因此,缺氧条件下,嗜乙酰乙酸棒杆菌的乙酸合成几乎全部走乙酰CoA途径,pta,ackA与ctfA是由乙酰CoA合成乙酸途径中最主要的基因;敲除基因aceE, 可以完全阻断乙酸生成,有效提高琥珀酸产率。     

碳酸盐对谷氨酸产生菌在缺氧条件下产有机酸的影响

考察谷氛酸产生菌在缺氧条件下积累L-乳酸和琥珀酸的情况.结果表明:在缺氧条件下,嗜乙酰乙酸棒杆菌(Corynebacterium acetoacidophilum)ATCC 13870积累有机酸的浓度随菌体密度的增大而增加,其中琥珀酸和乳酸积累的最适pH分别为7.5和8.0,最高质量浓度分别为22.5和60g/L.碳酸盐是影响产酸与有机酸分布的主要因素.比较ATCC 13870在NaHC03浓度为40和400mmol/L时的代谢通量,发现后者合成琥珀酸的代谢通量比前者提高了214.1%,合成乳酸的代谢通量降低了61.8%,说明PEP节点处的代谢通量分配明显受NaHCO3浓度的影响,而PYR节点受环境因素的影响不明显.     

比较pta及ack敲除对钝齿棒杆菌产L-精氨酸生理代谢的影响

旁支代谢途径的截断有利于目的氨基酸合成途径的集流。基于基因组尺度代谢网络模型的预测,以钝齿棒杆菌(Corynebacterium crenatum)MT-M4为出发菌株,通过无痕敲除技术分别敲除了编码磷酸乙酰基转移酶的pta基因及编码乙酸激酶的ack基因,阻断了乙酸的合成。摇瓶发酵结果表明,pta缺失菌株精氨酸产量较出发菌株提高了25.60%,达15.46g/L。葡萄糖转化率提高了29.41%;ack缺失菌株精氨酸产量达13.82g/L,较出发菌株提高了12.81%,葡萄糖转化率提高了26.02%。同时,pta及ack敲除菌株的细胞生长较出发菌株均分别提高了9.19%及7.71%。因此,pta、ack的敲除不仅有利于精氨酸的合成,而且对菌体生长具有促进作用;但pta的敲除更有利于精氨酸的积累。     

代谢工程改造枯草芽孢杆菌发酵生产乙偶姻

乙偶姻是枯草芽孢杆菌的主要代谢产物,它作为一种食用香精,广泛应用于食品、烟草、化妆品、清洁剂、酒类等行业。本研究首先在不产芽孢的枯草芽孢杆菌(BSD1,阻断了芽孢的合成途径)中敲除了2,3-丁二醇脱氢酶(BDH)的编码基因bdh A、乳酸脱氢酶(LDH)的编码基因ldh和乙酸激酶的编码基因(ACK)ack A,随后克隆了来自菌株B.subtilis168的α-乙酰乳酸合成酶(ALS)和α-乙酰乳酸脱羧酶(ALDC)基因als S和als D,并将其在上述敲除菌中过量表达,结果表明阻断副产物合成途径和加强乙偶姻合成途径关键酶的表达,会显著提高乙偶姻的产量,最终乙偶姻产量达到38.08 g/L,产率为0.45 g·L~(-1)·h~(-1),产率提高了约87.5%。     

乙酸合成途径阻断及NADH氧化酶表达对于谷氨酸棒杆菌生产乙偶姻的影响

【目的】研究乙酸合成途径阻断及NADH氧化酶表达对于谷氨酸棒杆菌生产乙偶姻的影响。【方法】在谷氨酸棒杆菌CGF2中异源表达als SD操纵子构建乙偶姻生产菌株CGT1,考察敲除乙酸生成途径cat和pqo对乙偶姻的影响。然后引入短乳杆菌的NADH氧化酶,在优化的溶氧条件下研究其对乙偶姻产量的影响。【结果】CGT1在摇瓶发酵中可积累6.27 g/L乙偶姻,敲除cat使乙偶姻产量显著提高30.94%,达到8.21 g/L;双敲除cat和pqo没有进一步提高产量。通过优化发酵的溶氧水平,乙偶姻产量达到10.06 g/L。在高溶氧水平下引入NADH氧化酶导致菌株的生长和糖代谢速率提高,但乙偶姻产量略有降低。在分批补料发酵中,重组菌株乙偶姻产量达到40.51 g/L,产率为0.51 g/(L?h)。【结论】在谷氨酸棒杆菌中阻断乙酸合成途径cat能够有效提高乙偶姻产量,NADH氧化酶在高溶氧水平下表达不利于乙偶姻的合成,需要进一步调节表达水平以确定其效果。     

同源过表达fnr、pncB和fdhF对克雷伯菌产氢代谢的影响

利用代谢工程手段改造克雷伯菌Klebsiella sp.HQ-3产氢途径中相关代谢调控因子及辅酶因子,以构建高效产氢工程菌。利用简并引物,以Klebsiella sp.总DNA为模板,克隆了甲酸-氢裂解酶系统的全局转录调控因子(FNR)fnr基因、编码甲酸脱氢酶(FDH-H)fdhF基因,以及NADH途径中编码烟酸转磷酸核糖激酶(NAPRTase)的pncB基因,构建了3种同源过表达重组菌株HQ-3-fnr、HQ-3-fdhF和HQ-3-pncB,以研究同源过表达产氢代谢调控因子及辅酶因子对克雷伯菌累积产氢、细胞生长、代谢终产物的影响。结果表明,过表达fnr、pncB和fdhF基因的克雷伯工程菌的产氢效率比携带空载体的克雷伯对照菌株分别提高12.26%、11.62%和7.28%;重组菌HQ-3-fnr、HQ-3-fdhF和HQ-3-pncB的葡萄糖利用率较克雷伯对照菌株HQ-3-C明显增加,过表达fnr、fdhF基因使代谢合成甲酸量增多;过表达pncB基因能促进NADH合成,使更多的NADH流入消耗NADH较多的乙醇与琥珀酸代谢路径,使得乙醇和琥珀酸含量增加,而乳酸含量降低。     

黄素还原酶Frd181和Frd188对钝齿棒杆菌产精氨酸的影响

[目的]钝齿棒杆菌中有两个黄素还原酶,一个是由frd1编码的F181,另一个是由frd2编码的F188。该文分别对这两个基因进行了敲除,比较二者分别对精氨酸产量的影响。[方法]基因敲除采用的是无痕敲除技术。[结果]敲除frd1的菌株其最终的L-Arg产量达到21. 36 g/L,较出发株提高了10. 6%;葡萄糖消耗速率比出发株慢,但菌体生长量提高显著,提高了约33. 3%。敲除frd2摇瓶发酵产L-Arg的量较出发株提高了3. 15%;菌体生长量介于出发株及敲除frd1的菌株之间;葡萄糖消耗与敲除frd1的菌株相当;敲除frd1的菌株积累NADH最多,产生H_2O_2最低。[结论]敲除frd1比敲除frd2对提高精氨酸的产量效果显著。     

proC及putP基因的敲除对钝齿棒杆菌产L-精氨酸生理代谢的影响

为了选育精氨酸高产菌株,基于谷氨酸棒杆菌的基因组尺度代谢网络模型的指导,以钝齿棒杆菌(Corynebacterium crenatum)MT-M4为出发菌株,通过基因敲除技术构建了pro C和put P敲除菌株。摇瓶发酵结果表明,pro C敲除菌株精氨酸产量达到9.94g/L,较出发菌株提高了15.90%,葡萄糖转化率提高了26.02%。由于其生长受到明显抑制,因此在发酵液中外源添加24mmol/L的脯氨酸,结果发现其精氨酸产量达到12.22g/L,且菌株恢复生长。put P敲除菌株精氨酸产量达到12.23g/L,较出发菌株提高了42.70%,葡萄糖转化率提高了49.31%。以上结果显示,put P的敲除比pro C的敲除更有利于精氨酸的合成,put P的敲除对菌株的生理代谢基本无影响且无需外添加脯氨酸。     

代谢改造重组谷氨酸棒杆菌C4途径高效合成5-氨基乙酰丙酸

5-氨基乙酰丙酸 (5-aminolevulinic acid,5-ALA) 在医药和农业等领域有着广泛作用,目前主要采用大肠杆菌或谷氨酸棒杆菌以微生物发酵法合成。为了进一步提高谷氨酸棒杆菌合成5-ALA的能力,对其C4代谢途径进行了系统代谢改造。首先分别在谷氨酸棒杆菌中异源表达荚膜红杆菌和沼泽红假单胞菌的5-氨基乙酰丙酸合成酶ALAS,选择酶活相对较高的沼泽红假单胞菌的RphemA基因作为关键合成酶基因,并筛选到能显著增强RphemA的酶活性的核糖体结合位点RBS5。重组菌株ALAS的比酶活可达 (221.87±3.10) U/mg,且5-ALA产量提高了14.3%;随后通过敲除α-酮戊二酸脱氢酶抑制蛋白基因 (odhI) 和琥珀酸脱氢酶基因 (sdhA),促进了前体琥珀酰CoA向5-ALA途径的流动;通过sRNA抑制hemB表达减少了5-ALA的降解;并且过表达半胱氨酸/O-乙酰丝氨酸转运蛋白eamA提高了5-ALA的输出效率;使用重组菌株C. glutamicum 13032/?odhI/?sdhA-sRNAhemB-RBS5RphemA-eamA摇瓶发酵,5-ALA最高产量达11.90 g/L,较出发菌株提高了57%。最后,在5 L发酵罐中进行补料分批发酵,48 h内5-ALA的产量达25.05 g/L,为目前以葡萄糖为碳源发酵的最高产量。本研究构建了高产5-ALA重组谷氨酸棒杆菌,具有良好的工业应用前景。     

鼠李糖乳杆菌D-乳酸脱氢酶基因ldhD的敲除

聚乳酸由可再生原料L-乳酸合成,是目前应用的最环保的生物塑料之一。鼠李糖乳杆菌JCM1553中的L-乳酸和D-乳酸,它们是由代谢途径中的L-乳酸脱氢酶和D-乳酸脱氢酶分别催化丙酮酸而生成。L-乳酸的光学纯度对于L-乳酸的应用至关重要。因此,为了获取光学纯的L-乳酸,需要敲除该鼠李糖乳杆菌编码D-乳酸脱氢酶的基因ldhD以阻断相关的D-乳酸代谢途径。本研究采用pK18mobsacB自杀质粒运用重叠延伸PCR和同源重组技术成功构建得到重组鼠李糖乳杆菌菌株JCM1553-△ldhD。构建的缺失突变体JCM1553-△ldhD菌株没有引入外源基因,完全符合食品、药品安全要求,发酵液中检测到的L-乳酸含量为99.92%,光学纯度达到99.84%,显著优于野生型菌株。     

γ-谷氨酰激酶基因敲除对产L-精氨酸钝齿棒杆菌8-193 生理代谢的影响

摘要:【目的】为了阻断L-精氨酸合成的前体物L-谷氨酸的分支代谢途径,增加L-精氨酸合成的代谢流,构建钝齿棒杆菌8-193(Corynebacterium crenatum 8-193)γ-谷氨酰激酶( EC:2.7.2.11,γ-glutamyl kinase) 基因proB 敲除的菌株,并研究proB 基因敲除对菌株生理特性的影响。【方法】运用PCR 技术分别扩增proB 基因的上游和下游序列,构建带有内部缺失的proB 基因的敲除载体。经过两次同源重组,敲除C．crenatum 8-193 的pro     

产琥珀酸重组解脂酵母发酵副产物乙酸的代谢控制

琥珀酸是一种高附加值的有机酸,广泛用于食品、化工和农药领域。解脂酵母Yarrowia lipolytica作为新型强健的非传统酵母,近年来逐渐吸引了研究者的注意。前期通过基因敲除琥珀酸脱氢酶基因构建了一株产琥珀酸的重组解脂酵母PGC01003。由于糖酵解和TCA循环流量不协调,PGC01003分泌大量副产物乙酸,限制了琥珀酸产量的进一步提高。为降低乙酸的溢出,实现自然低pH值发酵生产琥珀酸,首先干扰旁路代谢,异源表达来自鼠沙门氏菌的乙酰辅酶A合酶,乙酸的产量下降至4.6 g/L,比对照降低了24.6%。而基因敲除乙酰辅酶A水解酶基因得到的重组菌PGC11505,发酵96 h乙酸分泌量只有0.4 g/L,琥珀酸产量提高到7.0 g/L,琥珀酸的转化率为0.30 g/g,为进一步构建高产琥珀酸的细胞工厂奠定基础。     

L-谷氨酰胺高产菌的选育和发酵条件

以嗜乙酰乙酸棒杆菌(Corynebacterium acetoacidophilum)LG-3为出发菌株,经紫外线(UV)和硫酸二乙酯(DES)诱变处理,磺胺胍(SG)、高浓度(NH4)2SO4定向筛选,获得1株谷氨酰胺高产菌株LG-65,在未经优化的条件下摇瓶发酵72 h可产谷氨酰胺43.5 g/L,比出发菌株的产量32.4 g/L提高了34.3%.在此基础上,对其发酵条件进行优化,经72 h摇瓶发酵产量可达47～48 g/L,7 L发酵罐补料分批发酵40 h可达55 g/L.     

谷氨酸棒状杆菌厌氧产丁二酸的发酵条件

考察谷氨酸棒状杆菌ATCC13032Δldh厌氧产丁二酸的发酵条件。结果发现:补加NaHCO3的效果最好,并且考察了NaHCO3浓度对葡萄糖转化速率及丁二酸生成速率的影响。运用代谢流分析方法分析了乳酸脱氢酶基因敲除对谷氨酸棒状杆菌厌氧代谢的影响,发现乳酸脱氢酶基因敲除导致磷酸烯醇式丙酮酸生成丁二酸的流量提高了214.3%,流向乳酸的流量变为0;分批厌氧转化36 h生成41.2 g/L丁二酸,产率45.0%。     

光滑球拟酵母生产2,3-丁二酮的系统代谢工程策略

【目的】调控丙酮酸工业生产菌株光滑球拟酵母(Torulopsis glabrata)CCTCC M202019碳代谢流分布促进2,3-丁二酮积累。【方法】过量表达来源于枯草芽孢杆菌(Bacillus subtilis)的乙酰乳酸合成酶(ALS);在此基础上,借助T.glabrata全基因组规模代谢网络模型(GSMM)iNX804解析敲除基因ILV5的必要性;敲除基因BDH以阻断2,3-丁二酮的降解。【结果】过量表达ALS将ALS活性提高了4.6倍,发酵液中2,3-丁二酮浓度从0.01 g/L提高至0.57 g/L。敲除基因ILV5使2,3-丁二酮浓度提高28.1%。敲除基因BDH导致丁二酮还原酶和丁二醇脱氢酶活性分别降低74.4%、76.1%,同时2,3-丁二酮进一步代谢产物3-羟基丁酮和2,3-丁二醇浓度则分别降低52.2%和71.4%,2,3-丁二酮浓度为0.95 g/L。【结论】基于GSMM的系统代谢工程策略能够将碳代谢流从丙酮酸节点导向2,3-丁二酮,实现2,3-丁二酮的有效积累。     

大肠杆菌琥珀酸和乙酸合成途径的删除及其重组菌株的D-乳酸发酵

菌株CICIM B0013-030 (B0013,ack-pta,pps,pflB) 可积累D-乳酸作为主要发酵产物,然而副产物琥珀酸和乙酸的含量分别高达乳酸的11.9％和7.1％。为构建副产物含量低的产D-乳酸重组大肠杆菌菌株,本研究删除了菌株B0013-030的琥珀酸 (frdA) 和乙酸 (tdcDE) 合成途径,并考察了重组菌株在摇瓶和发酵罐中经两阶段发酵 (好氧生长菌体和厌氧发酵产酸) 利用葡萄糖发酵D-乳酸的性能。结果表明,分别构建含有frdA::difGm和tdcDE::difGm突变盒的重组质粒,并利用Red重组系统将突变盒整合于染色体上的目的基因,再利用Xer重组系统去除抗生素抗性基因,依次获得了重组菌株B0013-040B (B0013-030,frdA) 和B0013-050B (B0013-040B,tdcDE)。摇瓶发酵结果表明,frdA基因的删除使得菌株B0013-040B副产物琥珀酸的含量降低了80.8％;在7 L发酵罐中进行乳酸发酵,菌株B0013-040B的D-乳酸产量达114.5 g/L,光学纯度大于99.9％,但仍积累1.0 g/L琥珀酸和5.4 g/L乙酸。进一步删除了tdcD和tdcE基因的菌株B0013-050B,在7 L发酵罐中生产111.9 g/L D-乳酸,乙酸和琥珀酸的合成量分别降低为0.4 g/L,其他副产物含量也维持较低水平,表明该菌株具有较优良的D-乳酸发酵性能。     

敲除frdB基因对大肠杆菌厌氧混合酸发酵的影响

以SPUEC101(产琥珀酸)为出发菌,利用RED同源重组技术敲除延胡索酸还原酶基因frdB,得到重组菌株SPUEC103(△frdB),通过减少延胡索酸生成琥珀酸的通量,实现延胡索酸的积累。实验结果表明:敲除frdB基因后,缺陷菌株生长速率降低,利用葡萄糖的能力也有所降低,同时敲除frdB基因较大程度地改变琥珀酸、延胡索酸等的分布,在两阶段发酵中,当发酵培养基中添加30 g/L的葡萄糖时,琥珀酸和延胡索酸得率最高,对比SPUEC101,SPUEC103的琥珀酸产量产率由24.6%下降为15.4%,并有延胡索酸和少量的苹果酸生成,分别为0.182±0.002 g/L和0.023±0.002 g/L,同时丙酮酸和乙酸含量也略有升高,分别由1.87±0.02 g/L、0.012±0.002 g/L上升到2.36±0.03 g/L、0.862±0.012 g/L。     

合成乙醇重组乳杆菌的研究

将含有Zymomonas mobilis乙醇合成途径的关键酶基因的片段Ptac-pdc和Ptac-adhB,分别/同时接入pHY300PLK以及pBBR1MCS-5载体中,得到了pHY-PA、pBBR-PA等重组质粒,分别转化入几株乳杆菌。在42℃下进行乙醇发酵试验,结果表明:在Lactobacillus plantanum CICIM B0080中同时引入基因pdc、adhB有效地将碳代谢流导向了产乙醇方向,重组菌B0080(pHY-PA)发酵6.7%葡萄糖60h分别产生0.4%(V/V)乙醇,为原始菌B0080的67倍;而将pdc、adhB基因同时引入L.amylovorus B0112和L.acidophilus B0068,能检测到相当于原始菌2倍的乙醇产出。在重组菌发酵过程中,仍有大量的乳酸产出,在引入产乙醇基因的同时敲除乳酸脱氢酶基因,将有可能使乳杆菌的代谢流向更有效地转向产乙醇途径。     

大肠杆菌利用木糖发酵产琥珀酸的研究

目的:研究大肠杆菌以木糖为碳源发酵产琥珀酸。方法:首先比较了实验室保藏的7种野生型大肠杆菌利用木糖发酵产琥珀酸的产量和得率,结果:表明野生型菌株琥珀酸对木糖的得率集中在0.34g/g~0.53g/g之间,得率较低,副产物主要为乳酸、乙酸。然后选取其中2株菌(E.coli MG1655与E.coli C-1)进行基因敲除,构建了ldhA和pflB双基因缺失的MLB和CLB菌株,以减少副产物的积累。两阶段摇瓶发酵结果表明,琥珀酸得率从0.40g/g分别提高到了0.89g/g及0.90g/g,而产量分别从4.92g/L、5.58g/L提高到11.52g/L、11.81g/L。结论:通过基因敲除后,大肠杆菌能够利用木糖发酵产琥珀酸,琥珀酸得率可以达到0.90g/g。     

枯草芽孢杆菌cdd基因敲除及对胞苷发酵的影响

目的:通过敲除出发菌株上的胞苷脱氨酶基因,阻断嘧啶代谢通量由胞苷流向尿苷和尿嘧啶,选育胞苷产生菌。方法:采用同源重组的方法敲除枯草芽孢杆菌TS8的胞苷脱氨酶基因cdd,并通过遗传稳定性实验验证其缺失标记和胞苷产量,通过摇瓶发酵实验对比出发菌株和缺失株的产苷水平。结果:cdd基因缺失菌株TSb发酵72h,发酵液中胞苷产量达到1.72g/L,与原始菌株相比提高了44.19%,且遗传性状稳定。结论:cdd基因的缺失可有效阻断嘧啶代谢通量由胞苷流向尿苷和尿嘧啶,提高胞苷产量。