乳链菌肽自身免疫基因nisI的表达对乳链菌肽产量的影响

【目的】通过基因工程手段增加乳链菌肽(nisin)自身免疫基因nisI在nisin产生菌Lactococcus lactisNZ9800/pHJ201中的表达水平,增强该菌对nisin的抗性,从而达到提高nisin产量的目的。【方法】将带有强组成型启动子P59的免疫基因nisI克隆到nisin表达质粒pHJ201上,将重组质粒引入L.lactis NZ9800中,使nisI基因过量表达,得到重组菌株L.lactis NZ9800/pHMI,并比较该重组菌株与对照菌株L.lactis NZ9800/pHJ201的生长曲线、对nisin的抗性水平、抑菌活性及nisin产量的差异。【结果】nisI的表达对重组菌的生长速度没有明显的影响,却能促使重组菌株对nisin的抗性水平提高25%、在发酵6h和8h时,nisin的产量分别提高32%和25%。【结论】增加乳链菌肽自身免疫基因nisI的表达可以提高产生菌对nisin的抗性,从而提高乳链菌肽产量。     

腺苷酸脱氨酶在乳酸克鲁维酵母中构建表达

【目的】实现鼠灰链霉菌来源经密码子优化后的腺苷酸脱氨酶基因在乳酸克鲁维酵母(Kluyveromyces lactis GG799)中组成型表达。【方法】以鼠灰链霉菌(Streptomyces murinus)来源的腺苷酸脱氨酶(AMP)基因经密码子优化后作为模板,设计特异性引物,PCR扩增AMP脱氨酶基因opt-AMPD,以p KLAC1为载体构建重组表达质粒p KLAC1-opt-AMPD,经Sac II线性化后电转化法转入K.lactis GG799,筛选得到重组菌株,测定酶活,经His TrapTM HP纯化后得到AMP脱氨酶,并优化重组菌的发酵培养基。【结果】对AMP脱氨酶基因进行了密码子优化后,构建了重组K.lactis GG799/p KLAC1-opt-AMPD,实现组成型表达,密码子优化后AMP脱氨酶酶活提高到586±50 U/m L。SDS-PAGE结果显示,纯化后的AMP脱氨酶为单一条带,蛋白大小约为60 k D。优化的发酵培养基为(g/L):葡萄糖40、蛋白胨20、酵母粉15、Na Cl 8、KCl 10、Mg SO4 2,30°C、200 r/min发酵120 h,酶活达到2 100±60 U/m L。【结论】实现了密码子优化后的腺苷酸脱氨酶基因在乳酸克鲁维酵母GG799内的组成型表达,为实现腺苷酸脱氨酶的重组高效表达和发酵生产进行了有益探索。     

表达空肠弯曲菌CfrA蛋白重组乳酸乳球菌的构建及其免疫效果北大核心CSCD

【目的】本试验将空肠弯曲菌肠菌素受体蛋白CfrA编码基因导入食品级乳酸乳球菌表达系统,然后将重组乳酸乳球菌口服免疫鸡,降低空肠弯曲菌在鸡肠道中的定殖。【方法】利用PCR分别扩增空肠弯曲菌cfrA全基因及其N端片段,插入食品级表达载体pNZ8149多克隆位点并转化乳酸乳球菌NZ3900,通过Western blot鉴定重组菌株CfrA蛋白表达情况,同时通过筛选nisin浓度、温度、时间等诱导条件优化重组蛋白表达水平;进而将重组乳酸乳球菌经口服免疫SPF鸡,免疫后分别测定乳酸乳球菌自鸡体内的排出情况、以及诱导CfrA血清抗体和粘膜抗体水平,最后将空肠弯曲菌口服攻毒免疫后的鸡,通过测定鸡泄殖腔棉拭子中空肠弯曲菌的数目来判定口服免疫效果。【结果】Western blot检测显示CfrA全基因及其N端片段均可在重组乳酸乳球菌胞内可溶性表达,不分泌,筛选的最佳诱导表达条件为nisin浓度25 ng/mL、温度37°C、时间1 h。口服乳酸乳球菌10 d内自鸡体完全排空;鸡口服免疫后可产生CfrA蛋白特异性的血清IgG和肠粘膜sIgA抗体;重组乳酸乳球菌口服免疫后空肠弯曲菌在鸡体内的增殖速度显著低于对照组。【结论】成功构建了重组CfrA蛋白的食品级乳酸乳球菌诱导表达系统;表达CfrA蛋白的重组乳酸乳球菌口服免疫鸡对空肠弯曲菌在鸡肠道的定殖具有一定的抑制作用,为研制重组乳酸菌口服家禽免疫制剂防治空肠弯曲菌奠定了基础。     

D-乳酸生产菌菊糖芽孢乳杆菌来源的D-乳酸脱氢酶同工酶

【目的】菊糖芽孢乳杆菌(Sporolactobacillus inulinus)作为典型的同型发酵产D-乳酸的优势菌株,能够高效生产高纯度的D-乳酸。该菌株发酵受到多方面环境因素影响。糖代谢的关键酶例如葡萄糖激酶、磷酸果糖激酶、丙酮酸激酶以及乳酸脱氢酶均为由葡萄糖代谢成为乳酸的关键酶,该菌中相关代谢酶的研究是发酵调控至关重要的基础。分析S.inulinus的基因组表明有3个推测为D-乳酸脱氢酶的基因,其中已有报道研究了1个双功能蛋白[bifunctional protein(BP)]。本研究分别克隆并解析了另2个D-乳酸脱氢酶同工酶的性质。【方法】本研究以S.inulinus Y2-8基因组DNA为模板,克隆得到2个D-ldh基因(dldh、dhdh),经测序分别为D-乳酸脱氢酶[D-lactic acid dehydrogenase(DLDH)]和D-羟基酸脱氢酶[D-isomer specific 2-hydroxyacid dehydrogenase(DHDH)]的基因。构建的重组菌表达蛋白DLDH,DHDH均具有催化丙酮酸生成D-乳酸的功能。【结果】重组菌表达的蛋白经镍柱亲和层析达到电泳纯。SDS-PAGE分析表明DLDH的表观分子量为37 k Da,DHDH的表观分子量为39 k Da。此外,DLDH以丙酮酸为底物时Km值为(0.58±0.04)mmol/L,对底物有较高的亲和力,最适反应温度为35°C,最适p H为6.5;而DHDH以丙酮酸为底物时Km值为(1.70±0.08)mmol/L最适反应温度为30°C,最适p H为7.5。另有报道的BP以丙酮酸为底物时Km值为(3.40±0.02)mmol/L,最适反应温度为30°C,最适p H为5.5。【结论】根据对底物丙酮酸的亲和力,最适温度及最适p H,推测DLDH是乳酸发酵中产D-乳酸的主导催化剂。结合相关酶学性质的分析可为今后的发酵调控提供理论依据。     

Nisin高产菌株的高通量筛选

【目的】乳酸链球菌素(nisin)是一种天然生物活性抗菌肽,对包括食品腐败菌和致病菌在内的许多革兰氏阳性菌具有强烈的抑制作用,而用作食品的防腐剂。本研究通过建立高通量筛选方法,实现高效快速省力的高产菌株筛选,为工业上筛选高产菌株提供研究方案。【方法】通过对Lactococcus lactis ATCC11454菌株进行紫外诱变,获得2511株突变株。利用Biomek FXP自动工作站建立96微孔板的高通量筛选方法,突变株经高通量挑选、菌种培养及菌液稀释后,加入到生长至对数中期的藤黄微球菌中,采用改进后的比浊法快速检测nisin生物活性。用此方法对突变株进行初筛、复筛后可得到nisin高产菌株,并通过摇瓶发酵评估高通量筛选方法。【结果】确定比浊法检测的条件为:nisin活性稀释在10–25 IU/m L范围内,与藤黄微球菌反应2 h后检测藤黄微球菌的菌体量(OD600)。2511株突变株经过2轮高通量筛选,最终获得约50株产量提升的菌株,对其中8株进行摇瓶精确测量,显示产量均有提高,并且其中一株产量提升了30%,成功建立了高通量筛选nisin高产菌株的方法。【结论】利用比浊检测法,在其基础上成功建立高通量筛选高产nisin菌的方法,经过初筛复筛,整个周期由1人耗时5 d即可完成2511株突变株的筛选工作。相较于传统的选育方法,高通量筛选具有快速、稳定、高效的特点,提高了筛选效率,缩短了选育周期,是工业上筛选高产nisin菌的有效手段。     

球形芽胞杆菌C3-41磷酸果糖激酶的克隆、表达及基本生物活性

[目的]球形芽孢杆菌缺乏EMP、HMP、ED途径的关键酶,如磷酸果糖激酶等被认为是其不能以糖类物质进行生长的主要原因.杀蚊球形芽孢杆菌C3-41全基因组序列分析表明,在染色体DNA上存在的磷酸果糖激酶基因pfk,为了进一步分析球形芽孢杆菌糖酵解途径,进一步确定磷酸果糖激酶在糖酵解途径中的功能.[方法]通过pfk基因在球形芽孢杆菌菌株中的Southern-blot拷贝数鉴定,在C3-41pfk基因克隆的基础上进行pfk基因在大肠杆菌中的融合表达、序列分析和序列比对等方法进行研究.[结果]证明了球形芽孢杆菌pfk基因由960 bp核苷酸组成,表达42 kDa的PFK融合蛋白,有保守的底物结合域和ATP结合域,同时pfk基因重组表达质粒可以回复大肠杆菌pfk缺陷型菌株DFl020代谢糖的能力.[结论]杀蚊球形芽孢杆菌C3-41的pfk表达产物具有磷酸果糖激酶活性,为今后深入研究球形芽孢杆菌产能代谢机理奠定了基础.     

D-乳酸高产菌菊糖芽胞乳杆菌Y2-8磷酸果糖激酶基因在大肠杆菌中的克隆和表达

以D-乳酸高产菌菊糖芽胞乳杆菌Y2-8基因组DNA为模板,通过PCR扩增得到960 bp的磷酸果糖激酶基因(pfk)。氨基酸序列比对分析表明,该磷酸果糖激酶(PFK)与其他乳酸菌PFK具有保守的底物结合位点,但是其变构效应物结合位点存在差异。将pfk基因克隆到表达载体pSE380上,获得重组菌E-pSE-pfk。进一步通过诱导条件的优化,重组菌的PFK比酶活达到4.89 U/mg,是优化前的4.79倍。采用低温诱导策略有助于实现菊糖芽胞乳杆菌pfk基因在大肠杆菌中可溶性表达。     

马奶酒样乳杆菌ZW3中WANG_1291基因的表达

【目的】马奶酒样乳杆菌ZW3含有一段长度为14.4 kb的胞外多糖合成基因簇,包含17个与胞外多糖合成相关的基因(WANG_1283?WANG_1299),主要分析17个基因在马奶酒样乳杆菌ZW3生长过程中不同时间段的表达量,探究其中一个表达量发生变化的基因对乳酸菌产胞外多糖的影响。【方法】通过半定量RT-PCR实验,对基因簇上各基因的表达量进行分析;通过构建含有表达量变化基因的重组乳酸乳球菌,比较重组菌与野生菌的产胞外多糖差异。【结果】经分析,WANG_1284、WANG_1286、WANG_1287、WANG_1288、WANG_1290、WANG_1291、WANG_1292、WANG_1294、WANG_1296、WANG_1297、WANG_1298、WANG_1299这12个基因在菌体生长的50 h和60 h (产糖量上升阶段)表达量最高,推测这些基因在多糖聚合过程中起作用。从这12个基因中选出一个表达量发生明显变化的基因WANG_1291做进一步研究。将WANG_1291插入乳酸菌表达载体pMG36e中,构建了重组表达载体pMG36e-1291。将构建的重组表达载体转化到乳酸乳球菌WH-C1中,得到重组菌株。测定重组菌与野生菌生长特性,发现重组菌与野生菌之间的生长速度存在一定差异。然后利用苯酚-硫酸法测得重组乳酸乳球菌的胞外多糖产量是野生菌的2.1倍,胞外多糖产量有了明显的提高。【结论】确定WANG_1291基因是调控马奶酒样乳杆菌ZW3产胞外多糖的关键基因之一。     

nisin Z部分操纵子基因超表达对nisin Z合成的影响

目的:构建表达载体pMG76e-nisABTCI,合成重组菌,分析nisin合成基因簇中的nisABTCI超表达对nisin生物合成的影响。方法:将nisABTCI基因克隆与表达载体pMG76e酶切后连接转化,并通过Bio-Rad Gene Pulsor电穿孔法将重组质粒载体转入Lactococcus Lactis N401中,得到重组菌株N401C。对比工程菌和原始产生菌的nisin Z产量。以16S rRNA为内参基因,通过半定量RT-PCR方法,比较分析原始菌株N401和3株重组菌株中nisin合成基因簇中的11个基因的表达情况。结果:成功构建重组菌株,重组菌株的nisin Z产量提高了70%左右。半定量RT-PCR结果表明不同菌株的nisin合成基因的表达表现出了不同的特征。与菌株N401相比,3株重组菌株的大部分基因上调了。结论:nisABTCI超表达明显地提高nisin产量约70%。上调的基因可能对nisin合成效率的提高具有关键作用。     

产L-苏氨酸重组大肠杆菌的构建和发酵性能

【背景】大肠杆菌由于生长性能优良、遗传背景清晰,常被用作苏氨酸生产菌。【目的】敲除大肠杆菌Escherichia coli THR苏氨酸合成途径的非必需基因,并异源表达苏氨酸合成必需的关键酶,构建一株苏氨酸高产菌株。【方法】利用FLP/FRT重组酶系统,敲除E. coli THR中lysC、pfkB和sstT,同时进行谷氨酸棒杆菌中lysC~(fbr)、thrE和丙酮丁醇梭菌中gapC的重组质粒构建并转化到宿主菌中。【结果】以E. coli THR为出发菌株,敲除其苏氨酸合成途径中表达天冬氨酸激酶Ⅲ (AKⅢ)的基因lysC、磷酸果糖激酶Ⅱ基因pfkB及苏氨酸吸收蛋白表达基因sstT,使菌株积累苏氨酸的产量达到75.64±0.35g/L,比出发菌株增加9.9%。随后异源表达谷氨酸棒杆菌中解除了反馈抑制的天冬氨酸激酶(lysC~(fbr))、苏氨酸分泌转运蛋白(thrE)及丙酮丁醇梭菌中由gapC编码的NADP+依赖型甘油醛-3-磷酸脱氢酶,获得重组菌株E. coli THR6菌株。该菌株积累苏氨酸的产量提高到105.3±0.5 g/L,糖酸转化率提高了43.20%,单位产酸能力提高到5.76 g/g DCW,最大生物量为18.26 g DCW/L。【结论】单独敲除某个基因或改造某个途径不能使苏氨酸大量合成和积累,对多个代谢途径共同改造是构建苏氨酸工程菌的最有效方法。