地中海拟无枝酸杆菌甲基丙二酰CoA变位酶和消旋酶的纯化及性质

采用原生质体裂解方法确定甲基丙二酰CoA变位酶(MCM)和消旋酶(MCR)均是胞浆内酶。各经过四步纯化得到电泳纯酶。纯化MCM酶的比活力为12.84u/mg,纯化倍数为528,酶活回收为60％,纯化的MCM酶服从典型的米氏底物饱和曲线,对琥珀酰CoA和辅酶B_(12)的K_m值分别为9.723#mol/L和0.1277#mol/L。经SephadexG-150测定MCM分子量约为134.000±2000,SDS-聚丙烯酰胺凝胶电泳显示两条分子量分别为67000和65000的蛋白带,说明该酶由两个大小不等亚基组成。吸收光谱测定每摩尔纯化全酶含两摩尔辅酶B_(12)。纯化MCR酶比活力为2.305u/mg,纯化倍数96,酶活回收46.7％。MCR酶由两个分子量均为17500的亚基组成。MCR酶活性能被二价金属离子Cu²⁺、Co²⁺、Mg²⁺、Mn²⁺和Fe²⁺所促进。两酶的酶学性质和其他生物来源的MCM、MCR酶明显相似。     

地中海拟无枝菌酸菌U32染色体特性的脉冲场电泳分析

地中海拟无枝菌酸菌(Amycolatopsis mediterranei)U32是产力复霉素SV的工业生产菌株。采用脉冲场电泳分析发现,地中海拟无枝菌酸菌U32仅有一条约10 Mb的线性染色体, 没有内源性质粒。利用Southern杂交法,对11个编码力复霉素生物合成、相关初级、次级代谢关键酶以及调控蛋白的基因,在U32染色体DNA的PshBI酶切片段上进行了定位。分析发现在一条长度约700kb的PshBI酶切片段上,分别存在着力复霉素合成基因簇(rif)、氮代谢的亚硝酸还原酶小亚基基因(nasD)、衔接初级与次级代谢的甲基丙二酰变位酶基因(mcm)、脂肪酸代谢的乙酰辅酶A羧化酶生物素载体蛋白基因(accA)以及一套核糖体RNA转录单元。同时还发现U32至少有5套核糖体RNA转录单元。其余定位的基因均只出现单一杂交信号。     

地中海拟无枝菌酸菌(Amycolatopsis mediteranei)U-32硝酸还原酶的定位、纯化及性质

在力复霉素ＳＶ研究中,发现硝酸盐对抗生素合成呈现多效性作用,不仅大幅度提高产量,还对产生菌——地中海拟无枝菌酸菌生理产生多方面的影响,从而提出整体性调节的结论．这一多效性作用是由硝酸盐所引起的,为此对硝酸还原酶进行了研究．首先,通过原生质体渗透裂解发现地中海拟无枝菌酸菌Ｕ－３２的硝酸还原酶是一个胞质酶．该酶极不稳定,缓冲液中加入硝酸钾、甘油等保护剂能极大地提高其稳定性．通过硫酸鱼精蛋白沉淀,硫酸铵分级分离,Ｐｈｅｎｙｌ－ＳｅｐｈａｒｏｓｅＣＬ４Ｂ、Ｂｉｏ－ＧｅｌＡ１．５ｍＤＥＡＥ－Ｓｅｐｈａｃｅｌ和ＳｅｐｈａｄｅｘＧ－７５柱层析等多步纯化得到了电泳纯的硝酸还原酶．该酶为一７９ｋＤ的单亚基酶,每分子酶含有约２．２９原子的钼,但并不含有非血红素铁、酸不稳定硫、ＦＭＮ及ＦＡＤ,其等电点为６．２,反应最适ｐＨ为７．２,最适温度为４０℃．对硝酸根的Ｋｍ值为１３．３μｍｏｌ／Ｌ．同时分析了该酶的吸收光谱．     

地中海拟无枝菌酸菌U-32硝酸还原酶的基因克隆

outhern杂交分析表明在地中海拟无枝菌酸菌u－32染色体DNA和黑曲霉niaD(硝酸还原酶基因)之间存在着明显的同源性。利用异源niaD探针从地中海拟无枝菌酸菌u－32基因文库中筛选得到一个能与niaD杂交的5.0kb的Pst Ⅰ片段。该片段经同位素标记后能与地中海拟无枝菌酸菌u－32染色体上一个相同的Pst Ⅰ片段杂交,位于这一片段上的2．1kb sma Ⅰ—EcoR Ⅴ片段只能与以硝酸盐为唯一氮源的总RNA杂交,而不能与相同条件下以铵盐为唯一氮源的总RNA杂交,这些结果表明,所克隆到的5,0kb Pst Ⅰ DNA片段含有地中海拟无枝菌酸菌U-3z的硝酸还原酶基因。这是好氧细菌硝酸还原酶基因克隆的首次报道。由该酶蛋白分子量推测,其结构基因大小在1．5kb左右,进一步的杂交分析发现在5．0kb的Pstl片段中含有完整的NR基因。用20种限制酶对重组质粒pJLl进行了限制酶酶谱的构建。发现有10种酶在pJLl外源片段上无切点,6种酶为单切点,EcoR Ⅰ与Sma Ⅰ各有两个切点。     

地中海拟无枝菌酸菌U-32硝酸还原酶的基因克隆

Southern杂交分析表明在地中海拟无枝菌酸菌U-32染色体DNA和黑曲霉niaD(硝酸还原酶基因)之间存在着明显的同源性。利用异源niaD探针从地中海拟无枝菌酸菌U-32基因文库中筛选得到一个能与niaD杂交的5.0kb的PstⅠ片段。该片段经同位素标记后能与地中海拟无枝菌酸菌U-32染色体上一个相同的PstⅠ片段杂交,位于这一片段上的2.1kb SmaⅠ-EcoR Ⅴ片段只能与以硝酸盐为唯一氮源的总RNA杂交,而不能与相同条件下以铵盐为唯一氮源的总RNA杂交,这些结果表明,所克隆到的5.0kb PstⅠDNA片段含有地中海拟无枝菌酸菌U-32的硝酸还原酶基因。这是好氧细菌硝酸还原酶基因克隆的首次报道。由该酶蛋白分子量推测,其结构基因大小在1.5kb左右,进一步的杂交分析发现在5.0kb的PstⅠ片段中含有完整的NR基因。用20种限制酶对重组质粒pJL1进行了限制酶酶谱的构建,发现有10种酶在pJL1外源片段上无切点,6种酶为单切点,EcoRⅠ与SmaⅠ各有两个切点。     

地中海拟无枝菌酸菌U-32对硝酸盐的同化及其硝酸还原酶特性

对地中海拟无枝菌酸菌U-32菌株的研究发现,像植物及真菌硝酸还原酶一样,地中海拟无枝菌酸菌U-32硝酸还原酶也是诱导酶,其合成受铵盐阻遏,受硝酸盐的诱导。氯霉素抑制实验的结果表明,该菌株硝酸还原酶的诱导涉及到蛋白质的新合成。钼和钨的竞争实验说明U-32菌株硝酸还原酶也为一钼酶。另外在离体实验中,发现硝酸还原酶活力受到KCN和NADH的抑制,但至今未能找到其生理电子供体。此外,U-32菌株硝酸还原酶也不表现类似于植物的黄递酶等组份酶活性。该菌株硝酸还原酶和其力复霉素产量有一定相关性,但两者确切的关系尚待研究。     

地中海拟无枝菌酸菌U32中生物素羧基载体蛋白结构基因的克隆、表达及转录

乙酰辅酶A羧化酶(Acetyl CoA Carboxylase EC 6.4.1.2, ACC)催化依赖于ATP的乙酰辅酶A羧化形成丙二酸单酰辅酶A,该反应是脂肪酸生物合成途径中的第一步,也是受到调控的关键一步。根据结核分枝杆菌(M. tuberculosis)和天蓝色链霉菌(S. coelicolor)中ACC-α亚基的氨基酸保守序列和地中海拟无枝菌酸菌U32对氨基酸密码子的使用偏好,设计简并引物以U32基因组DNA为模板扩增出一条约250bp的片段,并以此片段作探针成功地从U32基因组cosmid文库中克隆到相应的ACC-α亚基的编码基因accA。该基因对应的ORF长1797bp,编码一个598个氨基酸的蛋白,推算出的分子量是63,714Da;基因G+C mol%含量为70.1%,符合U32基因结构特征,距起始密码子GTG上游6个碱基处有链霉菌典型的RBS序列AGGAGG,并有生物素羧化酶特征的ATP结合区。利用pET28(b)系统构建表达载体,在E. coli BL21(DE3)中实现了accA的诱导表达,产物大部分以可溶形式存在,并通过Western Blot证明该蛋白上确有共价结合的生物素。Northern Blot分析了各种氮源对accA基因转录水平的不同影响。     

地中海拟无枝菌酸菌专一的噬菌体φMMR1的研究

从生产力复霉素ＳＶ的地中海拟无枝菌酸菌（Ａｍｙｃｏｌａｔｏｐｓｉｓｍｅｄｉｔｅｒｒａｎｅｉ）Ｕ１１９的工业发酵罐裂解液中,分离到一株新的噬菌体φＭＭＲ。该噬菌体经多次单斑分离、纯化,得到的噬斑多数为清亮的（约占９０％）,其它噬斑为浑浊斑,但未能从中分离到溶源菌。在被测试的可能的宿主菌中,φＭＭＲ１不能感染除地中海拟无枝菌酸菌以外的菌株,说明寄主范围很窄。对φＭＭＲ１的增殖和储存条件,诸如ｐＨ值、温度、二价金属离子、有机溶剂等对φＭＭＲ１的影响进行了较详细的研究。电子显微镜观察揭示,φＭＭＲ１为长尾无收缩尾鞘,头为正多面体,属长尾噬菌体科Ｂ１亚群。制备了φＭＭＲ１的兔抗血清,并测定了φＭＭＲ１以地中海拟无枝菌酸菌Ｕ－３２为宿主菌的一步生长曲线。使用２４种限制性内切酶对φＭＭＲ１ＤＮＡ进行了单酶切分析。结果表明,φＭＭＲ１基因组ＤＮＡ为线状双链,未找到粘性末端,大小约为５９６ｋｂ。φＭＭＲ１ＤＮＡ的Ｇ＋Ｃ含量为６７％。利用ＳＤＳ－ＰＡＧＥ分析了噬菌体的外壳蛋白多肽的组成。纯化的裸露噬菌体ＤＮＡ可利用电穿孔技术成功地转染地中海拟无枝菌酸菌Ｕ－３２。     

力复霉素前体甲基丙二酰CoA合成途径的研究

力复霉素合成的碳前体之一(2R)—甲基丙二酰CoA至少可以有三条酶学合成途径。三条途径中的关键酶分别为甲基丙二酰CoA转羧基酶、丙二酰CoA羧化酶、甲基丙二酰CoA变位酶和甲基丙二酰CoA消旋酶。通过比较各个酶活性的时间进程和力复霉素合成时间的相关性,以及各个酶的底物亲合力,对它们在地中海拟无枝酸菌(Amycolatopsis mediterranei)甲基丙二酰CoA合成中的贡献作了排序,发现甲基丙二酰CoA变位酶途径是主要负责酶系。但是各个途径的贡献排序并不是固定不变的,能受到环境因素的调控,丙酸盐的加入将抑制甲基丙二酰CoA变位酶活力,而使得甲基丙二酰CoA转羧基酶成为主要酶系。甲基丙二酰CoA合成途径的多样性有助于细胞对环境变化的灵活反应。此外,对各个酶的调控特性也进行了研究。     

力复霉素产生菌地中海拟无枝菌酸菌U32丙氨酸脱氢酶基因克隆及表达

丙氨酸脱氢酶(EC1411)可逆催化丙氨酸脱氨生成丙酮酸和NADH。它是生物体内的氨基酸代谢和氨同化途径的关键酶。在地中海拟无枝菌酸菌(Amycolatopsis mediterranei)U32中,丙氨酸脱氢酶的活力与力复霉素的生物合成有负相关现象,其活力受KNO3全局效应的调控。根据结核分枝杆菌(Mycobacterium tuberculosis)和天蓝链霉菌(Streptomyces coelicolor)的丙氨酸脱氢酶氨基酸的保守序列和地中海拟无枝菌酸菌U32对氨基酸密码子的使用偏好,设计一对简并PCR引物。以此引物从地中海拟无枝菌酸菌U32中扩增到一555bp的片段,并以此片段为探针从地中海拟无枝菌酸菌U32 基因组cosmid文库中成功的克隆到了丙氨酸脱氢酶结构基因(ald)。它编码了一个371个氨基酸的蛋白质,基因的GC含量为72.5％,符合链霉菌的基因结构特征。在起始密码子的上游6个碱基处,有一典型的链霉菌核糖体结合位点(RBS)：AGGAGG,第75位的氨基酸为赖氨酸,是丙酮酸结合位点。以pET28b为载体,在E.coli BL21(DE3)中高效表达了ald基因。用IPTG在22℃时诱导得到的丙氨酸脱氢酶活力最高。用HisTag柱纯化了表达的丙氨酸脱氢酶。酶学性质研究表明该酶专一性以LAla和NAD(H)为底物。     

Cloning and characterization of the chromosomal replication origin region of Amycolatopsis mediterranei U32

The chromosomal replication origins (oriC) of gram positive, acid-fast actinomycetes have been investigated in streptomycetes and mycobacteria. A 1339 bp DNA fragment of the putative oriC region from the rifamycin SV producer Amycolatopsis mediterranei U32 was cloned by PCR amplification employing primers designed based on the conserved flanking genes of dnaA and dnaN. The 884 bp sequence of the intergenic region between dnaA and dnaN genes consists of 19 DnaA-boxes and two 13-mer AT-rich sequences, which is similar to the oriC structure of Streptomyces lividans. A mini-chromosome constructed by cloning the putative U32 oriC DNA fragment into an Escherichia coli plasmid was able to replicate autonomously, but was unstable, in A. mediterranei U32 with an estimated copy number of two per cell. Although efficient replication of the mini-chromosome in U32 requires the complete set of DnaA-boxes and AT-rich regions, only one of the AT-rich sequences together with part of the DnaA-boxes is sufficient, suggesting the presence of combinatorial alternatives for a functional oriC region of A. mediterranei U32. Phylogenetic analysis based on definite oriC sequences among eubacteria reflects well the relationship between these species.     

利用同源重组建立地中海拟无枝菌酸菌U32染色体的基因置换/中断系统

地中海拟无枝菌酸菌U32是力复霉素SV的工业产生菌,其遗传操作一直是一个难题。在该菌株DNA高效电转化的基础上,利用同源重组的原理,建立了地中海拟无枝菌酸菌染色体的基因置换/中断系统。通过大肠杆菌重组质粒pDK110构建、转化及两步重组筛选,成功地用α淀粉酶基因（amy）取代了地中海拟无枝菌酸菌U32染色体上的3-氨基-5-羟基苯甲酸合成酶基因（ahbas）。第一步单交换和第二步双交换的频率分别是0.5%～0.7% 和 2%。将质粒pDK110变性后转化可显著提高重组频率,在第二步筛选双交换前对单交换重组子进行电击也能够提高其双交换重组的频率。此外,通过转化构建的两端带同源区段的线性DNA片段及一步重组筛选,我们在地中海拟无枝菌酸菌U32染色体的amrD,rifO基因中间插入了阿普拉霉素抗性基因（apr）,其效率约为30～50转化子/μgDNA。     

Production of rifamycin SV using mutant strains of Amycolatopsis mediterranei MTCC17

Production of rifamycin SV using mutant strains of Amycolatopsis mediterranei (MTCC17) has been studied. Attempts were made to increase the productivity of rifamycin SV by ultraviolet radiation and specific screening programmes for selection of superior producers. Among 20 morphologically variant mutants of A. mediterranei MTCC17 isolated, four mutants showed increased resistance to the rifamycin SV. These selected mutant isolates increased the yield of rifamycin SV from 2000 to 3250mg/l.     

Bacterial type I glutamine synthetase of the rifamycin SV producing actinomycete, Amycolatopsis mediterranei U32, is the only enzyme responsible for glutamine synthesis under physiological conditions

The structural gene for glutamine synthetase, glnA, from Amycolatopsis mediterranei U32 was cloned via screening a genomic library using the analog gene from Streptomyces coelicolor. The clone was functionally verified by complementing for glutamine requirement of an Escherichia coli glnA null mutant under the control of a lac promoter. Sequence analysis showed an open reading frame encoding a protein of 466 amino acid residues. The deduced amino acid sequence bears significant homologies to other bacterial type I glutamine synthetases, specifically, 71% and 72% identical to the enzymes of S. coelicolor and Mycobacterium tuberculosis, respectively. Disruption of this glnA gene in A. mediterranei U32 led to glutamine auxotrophy with no detectable glutamine synthetase activity in vivo. In contrast, the cloned glnA^＋ gene can complement for both phenotypes in trans. It thus suggested that in A. mediterranei U32, the glnA gene encoding glutamine synthetase is uniquely responsible for in vivo glutamine synthesis under our laboratory defined physiological conditions.