链霉菌ε-聚赖氨酸发酵过程中的氧化胁迫效应

【目的】探究ε-聚赖氨酸(ε-PL)产生菌对p H和ε-PL的耐受性、氧化胁迫与ε-PL合成之间的关系。【方法】选取3株ε-PL产生菌Streptomyces sp.AF3-44、Streptomyces sp.AS32和Streptomyces albulus F15,比较其在发酵性能、p H和ε-PL耐受性以及抗氧化胁迫能力上的差异,并对菌株发酵过程的活性氧成因进行分析。【结果】在3株菌中AF3-44具有最强的p H和ε-PL耐受性及抗氧化胁迫能力,因而在发酵后期能够保持良好的细胞活性和最高的ε-PL浓度;ε-PL引起的氧化胁迫主要发生在发酵前期,而发酵中后期氧化胁迫的产生主要由酸性p H导致。【结论】提高链霉菌ε-PL发酵过程中的抗氧化胁迫能力,可提升菌体活力和发酵水平。     

ε-聚赖氨酸抑菌性能的研究进展

ε-聚赖氨酸(ε-poly-L-lysine,ε-PL)是抑菌谱广泛的天然抑菌剂,由通过α-羧基与ε-氨基连接的25–35个赖氨酸聚合而成。ε-PL主要由白色链霉菌发酵生产所得,比化学生产更加高效和环保。ε-PL具有水溶性好、耐热和对环境无污染等特点,具有良好的应用前景。本文从发酵生产入手,着重综述了ε-PL对各种微生物抑菌性能、抑菌机制及抑菌机制模型的研究进展。推测ε-PL是通过对细胞膜的破坏而改变细胞的通透性,或者作用到细胞内引起活性氧(reactive oxygen species, ROS)胁迫而影响调节基因的表达,从而起到抑菌作用。根据这2种抑菌方式分别建立了相应的抑菌模型,即毡毯模型和ROS诱导细胞凋亡模型。本文可为ε-PL对微生物抑制性能的深入研究提供依据,同时也提出了ε-PL抑菌机制的新模型,为扩展ε-PL应用领域提供了一定的参考。     

ε-聚赖氨酸高产菌选育与发酵性能评价

【目的】选育ε-聚赖氨酸(ε-PL)高产菌,并探究不同碳源对其发酵性能的影响。【方法】借助基因组重排和核糖体工程两种育种手段强化ε-PL产生菌的合成能力,并利用p H冲击工艺评价不同碳源对ε-PL发酵的影响。【结果】经过4轮基因组重排和4轮核糖体工程连续选育,获得1株高产突变株Streptomyces albulus GS114,其摇瓶ε-PL产量达到3.0 g/L,较出发菌提高了1.7倍。该改造菌株在5 L发酵罐中分别以葡萄糖和甘油为碳源进行192 h的补料-分批发酵时,ε-PL发酵产量分别达到了43.4 g/L和45.7 g/L,较出发菌提高了11.0%和14.9%,而菌体量分别减少了24.0%和33.2%,ε-PL得率提高了34.2%和30.7%。【结论】基因组重排结合核糖体工程育种是一种有效的ε-PL高产菌选育手段,研究结果将为ε-PL高产菌改造和工业生产碳源选择提供直接指导。     

ε-聚赖氨酸高产改造菌发酵过程分析与工艺改进

ε-聚赖氨酸(ε-PL)是我国新近批准的一种天然食品防腐剂,由链霉菌好氧发酵制备而来。通过传统育种手段强化产生菌ε-PL合成能力是提高其发酵水平的重要途径,然而高产改造菌与出发菌株发生的生理改变却很少被关注。本研究从培养特征,营养需求和发酵过程参数等方面进行比较与分析,发现高产菌株Streptomyces albulus GS114具有需氧量小、菌体量低、ε-PL产量高、单位菌体ε-PL合成能力强、转化率高等特点。为了进一步提高S.albulus GS114的ε-PL产量,通过提高pH冲击策略中预培养p H增加其菌体量,实现ε-PL产量达到53.49 g/L,较优化前提高了11.9%。研究结果将为ε-PL工业化生产奠定基础。     

聚-ε-赖氨酸高产菌株的筛选及其发酵工艺的初步研究

利用亚甲基蓝平板初筛、摇瓶复筛,从土壤中筛选了一株聚-ε-赖氨酸(ε-PL)高产菌株,ε-PL摇瓶产量大于2g/L,经初步鉴定该菌株为白色链霉菌(Streptomyces albulus)。对该菌株发酵生产ε-PL的培养基成分进行初步研究表明:葡萄糖是最好的碳源,酵母粉和硫酸铵是最佳的复合氮源,在优化培养基下,ε-PL摇瓶产量达到3.9g/L。     

ε-聚赖氨酸产生菌TUST-2的分离鉴定

【目的】ε-聚赖氨酸是一种天然氨基酸同聚物,本研究目的为分离筛选新的ε-聚赖氨酸产生菌。【方法】采用一种新的分离方法从土壤中分离ε-PL产生菌。分离方法含3步:(1)富集培养ε-PL耐受菌;(2)通过改进的Nishikawa方法筛选;(3)挑选高浓度ε-PL耐受菌株。【结果】从海南省土样中分离获得ε-聚赖氨酸产生菌TUST-2。分类和形态特征属链霉菌属。16S rDNA序列分析比对结果表明TUST-2属淀粉酶产色链霉菌(Streptomyces diastatochromogenes)。经特征反应分析、水解物分析、红外光谱、1H NMR、13C NMR和MALDI-TOF-MS分析表明TUST-2发酵产物为ε-聚赖氨酸。【结论】根据16S rRNA基因序列比对和形态及生理生化特征表明ε-聚赖氨酸产生菌TUST-2属于淀粉酶产色链霉菌,命名为淀粉酶产色链霉菌TUST-2。     

聚-ε-赖氨酸补料发酵的初步研究

在5L自动发酵罐中,通过分批发酵和补料分批发酵,对白色链霉菌(Strepomyces albulus)生物合成聚-ε-赖氨酸(ε-PL)进行了初步研究。结果表明,在分批发酵中,利用pH控制策略,ε-PL产量从0.6 g/L提高到2.4 g/L。在分批补料发酵中,采用pH控制策略,当糖浓度在10g/L以下,补加葡萄糖和硫酸铵,则菌体大量生长,ε-PL产量提高到16.81 g/L,为分批培养的27倍。     

基于pH调节和有机氮源流加调控补料分批发酵过程提高ε-聚赖氨酸产量

为了解决ε-聚赖氨酸(ε-PL)补料分批发酵过程中后期ε-PL产率下降的问题,提出了在补料阶段利用调节p H值和流加有机氮源(酵母粉)两种手段来提高ε-PL产率。利用上述两种策略,实现ε-PL平均产率分别达到4.62 g/(L·d)和5.16 g/(L·d),较未调控补料分批发酵(典型补料分批发酵)分别提高了27.3%和42.15%;同时,实现ε-PL产量分别达到36.95 g/L和41.32 g/L,较未调控补料分批发酵分别提高了27.4%和42.48%。进一步细胞活性染色和关键酶活性分析发现,两种策略均能显著提高细胞活力和关键酶活性。该研究结果表明,在发酵中后期通过调节p H值和流加酵母粉两种措施能够显著增强细胞活性和产生菌代谢能力,从而达到提高ε-PL产率和产量的目的。     

ε-聚赖氨酸产生菌新菌株的筛选和产物结构鉴定

通过对Nishikawa的方法进行改进,在广东各地土样中筛选到一株产量为0.846 g/L的新ε-聚赖氨酸(ε-PL)产生菌株,命名为Str-8。对Str-8菌株进行形态、生理生化和16S rDNA分析,初步确定为不吸水链霉菌Streptomyces ahygroscopic。纯化的发酵产物通过水解、质谱、紫外光谱等性质确定为ε-PL。     

ε-聚赖氨酸生物合成研究进展

ε-聚赖氨酸(ε-PL)是一种可食用对人和环境无毒害可生物降解的天然生物材料。本文以聚赖氨酸的研究历史为主线,对ε-PL的合成与降解进行了综述并预测了ε-PL可能的代谢途径,最后展望了我国聚赖氨酸研究的发展前景。     

ε-聚赖氨酸对阪崎克罗诺杆菌细胞结构与生物被膜形成的影响北大核心CSCD

ε-聚赖氨酸(ε-polylysine,ε-PL)作为一种抗菌活性强、安全性高、热稳定性好的阳离子型天然多肽,已作为安全的食品防腐剂受到关注。以阪崎克罗诺杆菌(Cronobacter sakazakii)为供试菌株,揭示ε-PL的抑菌机理,为细菌耐药性和食品防腐措施研究提供理论支持。研究了ε-PL作用下对阪崎克罗诺杆菌的最小抑菌浓度(minimum inhibitory concentration,MIC)、细胞膜壁通透性、细胞表面疏水性及运动性等生理特性的影响,并利用透射电子显微镜对ε-PL作用下的细菌细胞形态变化进行了观察,在此基础上,探究了ε-PL对阪崎克罗诺杆菌生物被膜(biofilm,BF)的抑制和清除作用效果,并利用荧光染色显微观察清除后被膜菌通透性的改变。ε-PL对阪崎克罗诺杆菌的抑菌活性具有浓度依赖性,ε-PL对阪崎克罗诺杆菌ATCC51329的MIC为256 μg/mL。ε-PL能够增强细胞膜壁通透性,使其细胞内容物如核酸、碱性磷酸酶等大量渗出,从而表现对阪崎克罗诺杆菌的杀菌作用。同时ε-PL能够降低阪崎克罗诺杆菌的表面疏水性和运动性,进而影响阪崎克罗诺杆菌生物被膜的形成。ε-PL对阪崎克罗诺杆菌生物被膜抑制和清除的作用效果显著,结合物理振荡,可大大提高生物被膜清除效率。ε-PL能够破坏阪崎克罗诺杆菌的细胞结构,从而达到抑菌效果。ε-PL能够降低阪崎克罗诺杆菌细胞表面的疏水性、运动性,进而ε-PL能够抑制生物被膜的形成,对成熟生物被膜也具有清除作用。     

一株ε-多聚赖氨酸产生菌的筛选与鉴定

【目的】筛选和鉴定产ε-多聚赖氨酸(ε-polylysine,ε-PL)的放线菌菌株,测定所产ε-PL的结构和聚合度,研究其抑制微生物生长的效果。【方法】利用亚甲基蓝和ε-PL因静电排斥而形成透明圈原理筛选ε-PL产生菌,采用Itzhaki方法复筛。考察分离菌株的形态、生理生化特征和16SrRNA基因、gyrB基因序列的同源性鉴定菌种。结合其波谱特征对其所产ε-PL进行结构和聚合度鉴定。采用抑菌圈法考察所产ε-PL对7株指示菌的抑菌活性。【结果】获得3株能够产生ε-PL的放线菌,其中X-18的ε-PL产量最高,达到0.8g/L,综合形态、生理和分子生物学分析结果,鉴定为白色链霉菌(Streptomyces albulus)。根据波谱学特征,并与标准品比对,证实该ε-PL分子聚合度为25–30,抑菌实验结果显示,它对细菌的抑菌效果明显好于真菌。【结论】从土壤中分离到1株抑菌效果较好的ε-PL产生菌S. albulus X-18,丰富了ε-PL产生菌资源。     

聚-ε-赖氨酸高产菌株的筛选及其发酵工艺的初步研究

利用亚甲基蓝平板初筛、摇瓶复筛,从土壤中筛选了一株聚-ε-赖氨酸（ε-PL）高产菌株,ε-PL摇瓶产量大于2g/L,经初步鉴定该菌株为白色链霉菌（Streptomyces albulus）。对该菌株发酵生产ε-PL的培养基成分进行初步研究表明：葡萄糖是最好的碳源,酵母粉和硫酸铵是最佳的复合氮源,在优化培养基下,ε-PL摇瓶产量达到3.9 g/L。     

链霉菌M-Z18膜蛋白ε-聚赖氨酸降解酶的分离纯化、酶学性质及应用

【目的】研究链霉菌Streptomyces sp.M-Z18ε-聚赖氨酸降解酶(Pld)的分离纯化及其生理生化特性,并利用该酶制备低聚合度ε-聚赖氨酸(ε-PL)。【方法】菌体细胞经超声破碎、NaSCN溶解和HiTrapTMButyl HP疏水层析制备到Pld,随后研究了其酶学性质、动力学和降解ε-PL过程,最后利用常量稀释法比较了不同聚合度范围ε-PL的最小抑菌浓度。【结果】从Streptomyces sp.M-Z18细胞膜上分离纯化到Pld,纯化倍数为80.4倍,回收率达到59.3%。以L-赖氨酰对硝基苯胺为底物,酶促反应的最适温度为37℃,最适pH为7.0,动力学常数Km为0.621 mmol/L,Vmax为701.16 nmol/min·mg;酶活在pH 7.0-10.0和50℃以下稳定。降解ε-PL实验发现,纯化到的Pld以内切方式降解ε-PL。抑菌实验表明,高聚合度ε-PL(30-35)对细菌的抑制效果较好,而低聚合度ε-PL(8-20)更有利于抑制酵母菌的生长,各种聚合度ε-PL对霉菌的生长抑制均较差。【结论】从ε-PL产生菌中分离纯化到内切型ε-PL降解酶,发现不同聚合度范围ε-PL对微生物的抑制能力存在显著差异。     

噬菌体裂解酶Lysin1902原核表达及其与ε-聚赖氨酸联用效果评价北大核心

【目的】研究裂解酶Lysin1902与ε-聚赖氨酸(ε-PL)对大肠杆菌O157:H7的协同抗菌作用。【方法】通过Mega构建进化树、使用在线工具等分析大肠杆菌噬菌体裂解酶Lysin1902氨基酸序列组成和结构等;原核表达并纯化Lysin1902;通过平板裂解实验检测Lysin1902对大肠杆菌O157:H7灭活菌株的裂解活性;用96孔板法检测Lysin1902或ε-PL的活菌裂解能力;棋盘法验证Lysin1902和ε-PL联用效果。【结果】体外成功表达并纯化了Lysin1902。Lysin1902对大肠杆菌O157:H7灭活菌株具有裂解活性,但不能有效裂解活的大肠杆菌。噬菌体裂解酶与ε-PL联用结果表明,加入Lysin1902后,ε-PL能够完全控制大肠杆菌O157:H7增殖的使用浓度由0.7mg/mL降低到0.1 mg/mL。【结论】体外原核表达并纯化Lysin1902,其单独使用对活的大肠杆菌O157:H7无裂解活性,但与ε-PL联用可显著提高ε-PL对大肠杆菌O157:H7的裂解能力。     

一株产ε-聚赖氨酸的白色链霉菌遗传转化体系

为了更好地研究ε-聚赖氨酸(ε-PL)生物合成的分子机制以及构建ε-PL高产基因工程菌株,拟建立一株ε-PL产生菌株Streptomyces albulus PD-1的遗传转化体系。通过对培养基类型、孢子预萌发处理、培养基中Mg2+浓度等条件进行考察,以Escherichia coli ET12567(p UZ8002)为供体菌,成功地将p IB139质粒导入S.albulus PD-1中。结果表明:质粒转化效率达到(3±0.4)×10-6个接合转化子/受体。接合子传代实验和PCR结果发现,p IB139质粒能够稳定整合在S.albulus PD-1染色体的att B位点上。本研究建立了一株ε-PL生产菌株的遗传转化体系,为从分子水平上研究ε-PL的合成及ε-PL高产菌株的构建奠定了基础。     

Breeding of ε-poly-L-lysine producing strain using succinic acid as sole carbon source

本文旨在通过诱变和耐受性筛选的手段提高放线菌ε-PL的产量.以稠李链霉菌Streptomyces padanus LS-L5为出发菌,经紫外诱变,在以琥珀酸为唯一碳源的培养基上筛选快速生长的菌株,测定突变株的ε-PL发酵水平和遗传稳定性.经初筛和复筛,获得突变株H3,其摇瓶发酵ε-PL产量为0.68 g/L,较出发菌提高了41％,传代4次产量基本稳定.H3在5L发酵罐中分批发酵,ε-PL产量达到2.0 g/L,较出发菌提高了一倍.在固定二氧化碳的能力方面,突变株H3的PEP羧化酶酶活较出发菌株LSL5的PEP羧化酶酶活提高了1.67倍.     

ε-聚赖氨酸生物合成及其产生菌遗传转化研究进展

ε-聚赖氨酸(ε-poly-L-lysine,ε-PL)是由25-35个L-赖氨酸(L-lysine)通过α-ε酰胺键连接的具有很强抗菌活性的聚合物,是自然界中迄今为止仅发现的2种均聚氨基酸(ε-聚赖氨酸和γ-聚谷氨酸)之一。目前,研究发现ε-聚赖氨酸的合成酶是一种非核糖体肽合成酶,它催化前体物质L-lysine经多轮缩合反应合成链长不均一的ε-聚赖氨酸,与I型聚酮合成酶的合成过程相似。ε-聚赖氨酸的合成不受降解酶控制。同时,针对产生菌遗传转化的穿梭质粒载体pLAE001和pLAE003已构建成功,为进一步探索ε-聚赖氨酸生物合成提供了条件。本文主要就ε-聚赖氨酸生物合成及产生菌遗传转化体系进行综述。另外,扼要介绍了作者所在课题组的相关研究工作、取得的进展并提出了相应的见解,论文最后部分对组合生物合成在ε-PL产生菌菌种改造中的应用前景进行了探讨。     

聚氨基酸功能高分子的发展状况与应用前景

聚氨基酸是一类重要的功能性高分子,利用生物法可制得结构特殊、分子量可控的聚氨基酸,如γ-聚谷氨酸(γ-PGA)和ε-聚赖氨酸(ε-PL)。作为生物聚合物,其分子量和用途直接关联。目前聚氨基酸已在食品、医药、农业和工业领域得到应用,但合成酶聚合机制和分子量调控机制尚未完全阐明,其次生产成本过高也制约了聚氨基酸应用。文章介绍了最新的研究和应用进展。     

产ε-聚赖氨酸菌株生物合成条件研究

对一株产ε-聚赖氨酸Kitasatospora sp.PL6-3菌株进行生理生化特性研究。并通过5L发酵罐中ε-PL的合成条件的考察,发现在搅拌转速为350r／min,pH4.0,初糖浓度为3％并补糖的操作条件下ε-PL的质量浓度可高达6.65g/L,产率提高近10倍。