重组大肠杆菌生物转化甘油生产3-羟基丙酸

目的:以甘油为底物构建高效的3-羟基丙酸生产菌株。方法:以自身携带乙醛脱氢酶的E.coli BL21(DE3)plysS作为宿主,异源表达源自Klebsiella pneumoniae的甘油脱水酶基因dhaB。结果:重组菌E.coli HP获得的甘油脱水酶比活力在1.0mmol/L IPTG的诱导下达到了77.2 U/mg,摇瓶条件下,3-HP的最大产量为5.44 g/L,摩尔转化率为53%,该产量比目前报道的最高水平(4.4 g/L)提高了23.6%。结论:重组菌株E.coli HP实现了甘油向3-羟基丙酸(3-HP)的高效生物转化。     

含甘油脱水酶激活因子编码基因的产1,3-丙二醇新型重组菌的构建

利用PCR技术扩增来源于弗氏柠檬杆菌(Citrobacter freundii)的甘油脱水酶编码基因dhaB以及甘油脱水酶激活因子编码基因dhaGdhaF,将其与1,3-丙二醇氧化还原酶同工酶的编码基因yqhD串联在温控表达载体pHsh上,构建重组菌E.coliJM109(pHsh-dhaB-dhaG-dhaF-yqhD)。SDS-PAGE分析显示,融合表达产物的分子量同核酸序列测定的推导值相符。与未串联甘油脱水酶激活因子编码基因的重组菌E.coliJM109(pHsh-dhaB-yqhD)相比,1,3-丙二醇的产量提高了28%。     

产3-羟基丙酸重组菌的构建及其转化甘油的研究

将连接编码甘油脱水酶的基因重组质粒pEtac-dhaB和连接编码乙醛脱氢酶编码基因aldh的重组质粒pUCtac共转化大肠杆菌,得到产3-羟基丙酸重组大肠杆菌JM109(pUCtac-aldh,pEtac-dhaB),并对影响该重组菌发酵的营养因子进行研究.试验结果表明:该重组菌转化甘油合成3-羟基丙酸的适宜培养基组成为甘油40 g/L、酵母膏6 g/L、维生素B12 0.02 g/L以及KH2PO4 7.5 g/L; 3-羟基丙酸产量和转化率分别达到4.92 g/L和12.3 %.     

以甘油为底物利用重组大肠杆菌生产聚3-羟基丙酸

【目的】解决前期研究中所构建的以甘油为底物合成聚3-羟基丙酸(P3HP)的代谢途径中存在两个主要的问题——细胞内还原力不平衡和质粒丢失,以提高P3HP的产量。【方法】克隆来源于肺炎克雷伯氏菌的1,3-丙二醇(1,3-PDO)氧化还原酶基因,构建P3HP和1,3-PDO联产的菌株,解决细胞内还原力不平衡的问题。利用自杀性载体系统介导的同源重组技术,将甘油脱水酶及其激活因子的基因整合到大肠杆菌基因组中,提高质粒的稳定性。同时,对发酵条件进行优化。【结果】菌种改造和发酵条件优化显著提高了P3HP产量,在摇瓶条件下到达2.7 g/L,比以前的报道提高2倍,并可同时得到2.4 g/L 1,3-PDO。【结论】该重组大肠杆菌合成P3HP的产量得到提高,具有较好的工业化生产前景。     

重组大肠杆菌转化甘油合成聚3-羟基丙酸-co-乳酸

聚羟基脂肪酸酯作为性质优良的生物塑料,引起了广泛的关注。由于聚羟基脂肪酸合成酶PhaC特异性较强,难以通过生物合成方法获得含乳酸单体聚合物。为了实现乳酸的聚合,PhaC的筛选至关重要。以甘油为底物,通过引入Klebsiella pneumoniae的甘油脱水酶DhaB123及其激活因子GdrAB以及Salmonella typhimurium LT2的丙醛脱氢酶基因PduP,获得3-羟基丙酰辅酶A;通过引入Megasphaera elsdenii DSM 20460的丙酰辅酶A转移酶PCT,获得乳酰辅酶A;并对3种不同聚羟基脂肪酸合成酶的作用进行考察。在Pseudomonas putida的原始酶PhaC1或者PhaC2的作用下,不能实现乳酸的聚合;而在双位点突变(Ser325Thr和Gln481Lys)的PhaC1(STQK)存在条件下,重组菌可以利用甘油合成聚3-羟基丙酸-co-乳酸。经过对溶氧、有机氮源等发酵条件的优化,聚3-羟基丙酸-co-乳酸的产量可以达到0.22g/L,占细胞干重的3.2%,是含乳酸单体聚合物生物合成研究的一次有益尝试。     

甘油脱水酶再激活因子的克隆表达及活性鉴定

运用PCR技术从克雷伯氏菌的基因组中分别扩增得到了编码甘油脱水酶再激活酶α、β两个亚基的基因gdrA、gdrB。将gdrA、gdrB克隆至Pmd-18T载体上,构建克隆载体Pmd-gdrAB。经测序正确后,将gdrAB亚克隆至表达载体Pet-28a(+)上构建表达质粒Pet-28gdrAB。利用双抗生素筛选法,将Pet-28gdrAB与连有甘油脱水酶基因的表达载体Pet-32gldABC在大肠杆菌菌株BL21(DE3)中共表达,鉴定了甘油脱水酶再激活酶的活性。     

重组肺炎克雷伯氏菌转化甘油为聚3-羟基丙酸

聚3-羟基丙酸[Poly(3-hydroxypropionate),P3HP]是一种生物可降解及生物相容的新型聚羟基脂肪酸酯。目前已鉴定的生物均不能天然合成P3HP。采用PCR克隆鼠伤寒沙门氏菌的丙醛脱氢酶(Pdu P)基因及罗尔斯通氏菌的聚羟基脂肪酸酯合成酶(Pha C)基因,构建共表达载体,转化肺炎克雷伯氏菌后获得两株重组菌。以甘油为唯一碳源进行摇瓶发酵,pdu P和pha C共用tac启动子的工程菌K.p(p ET-tac-pdu P-pha C)产生0.054 g/L的P3HP,而pdu P和pha C各自独用tac启动子的工程菌K.p(p ET-tac-pdu P-tac-pha C)产生0.091 g/L的P3HP。     

3-羟基丙酸分批发酵过程中的pH控制策略研究

本文利用重组大肠杆菌以甘油为底物发酵合成3．羟基丙酸,考察了不同pH对3．羟基丙酸产量及菌体生长的影响,发现在pH6．5条件下,细胞比生长速率达到最大值,延迟期也相对较短;而pH7．0有利于3-羟基丙酸的合成,控制pH7．0可以使3-羟基丙酸产量达到7．39g／L。基于不同pH条件下对细胞比生长速率和3-羟基丙酸比生成速率的分析,提出3．羟基丙酸分批发酵过程中的pH控制策略,即在发酵过程前5h将pH控制在6．5,5h～15h控制pH为7．0,此时有利于细胞生长;而后在15h-25h控制pH为7．5,25h后控制pH为7．0,从而使细胞具有较高的3．羟基丙酸比合成速率。在此控制策略下经过34h发酵3-羟基丙酸的终产量达到8．76g／L,比pH7．0条件下的3-羟基丙酸产量提高了18．54％。     

静息细胞转化生产3-羟基丙酸的条件优化

本文研究了静息细胞生物转化生产3-羟基丙酸的反应体系。考察了以甘油为底物,利用静息细胞转化生产3一羟基丙酸的相关因素,确定了最佳的转化条件：细胞浓度20g／L,甘油浓度20g／L,辅酶VB12浓度10mg／L,NAD＋浓度0．15mmol／L,温度35℃,反应体系为0．05mol／LpH7．0Tris—HCl缓冲液。在上述条件下反应6h后,3-羟基丙酸的产量达到为3．17g／L,底物转化率为28．33％。由上述结果可知,采用静息细胞转化法为3-HP的生物合成提供了一种可能的方法。     

利用甘油发酵耦联生产3-羟基丙酸及1,3-丙二醇重组菌的构建及筛选

在肺炎克雷伯杆菌(Klebsiella pneumoniae)代谢甘油生产1,3-丙二醇(1,3-PD)的过程中,为了减少有毒中间产物3-羟基丙醛(3-HPA)的积累,可将其转化为3-羟基丙酸(3-HP),从而实现1,3-丙二醇和3-羟基丙酸的联产。克隆来自于酿酒酵母的NAD+依赖型的乙醛脱氢酶(ALDH)的基因aldh4,构建了表达载体pKP-aldh,转化K.pneumoniae,得到了有效表达乙醛脱氢酶的重组肺炎克雷伯杆菌(K.pneumoniae A+)。在此基础上,使用紫外诱变联合菌种驯化的方法对K.pneumoniae A+进行筛选,获得了可耐受较高3-HP浓度(≥35 g/L)的重组肺炎克雷伯杆菌K.pneumoniae A+5-3。发酵实验结果表明,K.pneumoniae A+5-3可将3-HPA转化为3-HP,能够同时利用甘油耦联生产3-HP和1,3-PD,产量分别达到5.0 g/L和74.5 g/L。     

重组大肠杆菌产琥珀酸研究进展

琥珀酸作为一种优秀的C4平台化合物, 广泛用于生物高分子、食品与医药等行业, 市场潜在需求量巨大。采用微生物发酵法生产琥珀酸, 可利用廉价的可再生资源, 实现石油的原料替代, 而且过程污染小, 环境友好, 且在发酵过程中可吸收固定温室气体CO2, 开辟了其利用的新途径, 近年来引起了广泛关注。在丁二酸生产菌株中, 大肠杆菌由于其遗传背景清楚, 易操作易调 控, 培养基要求简单, 生长迅速等优点, 近年来被广泛用于研究以获得产琥珀酸优秀生产菌株。本工作系统综述了产琥珀酸大肠杆菌构建中所采用的基因工程策略及代谢工程技术, 并探讨了今后研究的方向。     

重组大肠杆菌利用废纸水解液发酵产L-乳酸

前期通过基因工程手段,构建了一株大肠杆菌工程菌E.coli WL204,该菌株可以有效利用木糖为底物发酵产L-乳酸。以废纸为发酵原料,研究该菌株利用木质纤维素发酵产乳酸的特性。原料以稀硫酸预处理后,经纤维素酶酶解,得到的水解液用Ca(OH)2脱毒后,接种E.coli WL204,在7L发酵罐中发酵72h,每100g废纸可以产生31g乳酸,糖酸转化率为79%。结果表明,E.coli WL204可以木质纤维素原料为底物发酵生产L-乳酸,具有一定的工业化开发潜力。     

High-level production of 3-hydroxypropionic acid from glycerol as a sole carbon source using metabolically engineered Escherichia coli

As climate change is an important environmental issue, the conventional petrochemical-based processes to produce valuable chemicals are being shifted toward eco-friendly biological-based processes. In this study, 3-hydroxypropionic acid (3-HP), an industrially important three carbon (C3) chemical, was overproduced by metabolically engineered Escherichia coli using glycerol as a sole carbon source. As the first step to construct a glycerol-dependent 3-HP biosynthetic pathway, the dhaB1234 and gdrAB genes from Klebsiella pneumoniae encoding glycerol dehydratase and glycerol reactivase, respectively, were introduced into E. coli to convert glycerol into 3-hydroxypropionaldehyde (3-HPA). In addition, the ydcW gene from K. pneumoniae encoding γ-aminobutyraldehyde dehydrogenase, among five aldehyde dehydrogenases examined, was selected to further convert 3-HPA to 3-HP. Increasing the expression level of the ydcW gene enhanced 3-HP production titer and reduced 1,3-propanediol production. To enhance 3-HP production, fed-batch fermentation conditions were optimized by controlling dissolved oxygen (DO) level and employing different feeding strategies including intermittent feeding, pH-stat feeding, and continuous feeding strategies. Fed-batch culture of the final engineered E. coli strain with DO control and continuous feeding strategy produced 76.2 g/L of 3-HP with the yield and productivity of 0.457 g/g glycerol and 1.89 g·L⁻¹·h⁻¹, respectively. To the best of our knowledge, this is the highest 3-HP productivity achieved by any microorganism reported to date.     

大肠杆菌产琥珀酸基因工程研究进展

生物合成琥珀酸摆脱了对不可再生战略资源石油的依赖,以其社会、经济和环境效益展现出良好的发展前景。野生型大肠杆菌的琥珀酸生产强度难以满足生物合成琥珀酸工业化的要求,但遗传背景清楚,容易改造。近年来,人们深入研究了大肠杆菌的琥珀酸代谢途径,通过强化大肠杆菌琥珀酸合成途径、抑制琥珀酸旁路代谢途径、构建产琥珀酸乙醛酸循环和有氧生产体系等多种基因工程策略,对大肠杆菌进行菌株改造和代谢进化筛选,提高了琥珀酸产量。综述了大肠杆菌产琥珀酸的基因工程研究进展。     

Crystalline 3-methylaspartase from a facultative anaerobe, Escherichia coli strain YG1002

Abstract Crystalline 3-methylaspartase (EC 4.3.1.2) from Escherichia coli strain YG1002 that had been isolated from soil was characterized. The enzyme activity was induced when the organism was grown statically on medium containing ( S )-glutamic acid. Its molecular mass is about 84 kDa, and it may be composed of two identical subunits of 42 kDa. The enzyme requires both divalent and monovalent cations such as Mg²⁺ and K⁺, respectively. The enzyme catalyzes reversible amination-deamination between mesaconic acid and (2 S ,3 S )-methylaspartic acid, which is the best substrate.     

用重组大肠杆菌发酵生产人生长激素研究

通过不同培养基、不同糖浓度对重组菌Ｅ．ｃｏｌｉＤＨ１０Ｂ／ｐＩＮⅢＡ３ＨＧＨ的菌体生长与外源蛋白表达量的影响的比较，确定较为合适的培养条件，并对发酵过程中调节ｐＨ的氨水用量与外源蛋白的表达量之间的相关性作探索，得到相关性曲线，从而根据氨水用量了解细菌的生长状况。