重组大肠杆菌合成聚(3-巯基丙酸)和聚(3-羟基丁酸-3-巯基丙酸)的研究

利用Clostridium acetobutylicum的丁酸激酶基因 (buk) 和磷酸转丁酰基酶基因(ptb),以及Thiocapsa pfennigii的PHA合成酶基因,设计了一条能够合成多种聚羟基烷酸的代谢途径,用构建的质粒转化大肠杆菌,获得了重组大肠杆菌菌株.前期的研究表明,在合适的前体物条件下,该重组大肠杆菌能够合成包括聚羟基丁酸、聚(羟基丁酸-戊酸)等多种生物聚酯[Liu and Steinbüchel, Appl. Environ. Microbiol. 66739-743].利用该重组大肠杆菌,通过生物催化作用合成了3-巯基丙酸的同型共聚酯,同时利用该重组大肠杆菌还获得了含3-巯基丙酸单体的多种异型共聚物.实验首先研究了3-巯基丙酸对大肠杆菌生长的影响,在此基础上优化了培养过程中添加3-巯基丙酸的时机和浓度,结果表明,在实验的条件下,细胞合成聚(3-巯基丙酸)可达6.7%(占细胞干重),合成聚(3-羟基丁酸-3-巯基丙酸)(分子中3-巯基丙酸3-羟基丁酸=31)可达24.3%.实验进一步研究了同时或分别表达以上3个基因的重组大肠杆菌合成聚合物的能力,结果表明只有当3个基因同时表达时才能合成聚合物,说明3个基因对合成过程是必须的,从而表明了合成途径是按照设计的路线进行的.还通过GC/MS、GPC、IR等手段对合成的化合物进行了定性的研究.聚(3-巯基丙酸)或聚(3-羟基丁酸-3-巯基丙酸)等聚酯属于一类新型生物聚合物,它在分子骨架中含有硫酯键,不同于聚羟基烷酸酯的氧酯键,从而具有显著不同的物理、化学、光学等性质和具有重要的潜在应用价值.     

利用重组大肠杆菌产聚-4-羟基丁酸的研究*

重组大肠杆菌 E.coli XL-1 Blue（pKSSE5.3）携带Ralstonia　eutropha　H16的 PHA聚合酶基因（phaC）和Clostridium kluyveri的4-羟基丁酸:CoA转移酶基因（orfZ）,可以利用葡萄糖和4-羟基丁酸为碳源合成均聚的聚-4-羟基丁酸[P（4HB）]。优化培养基和培养条件后,进行了补料分批培养。结果表明,经68h左右培养,E.coli XL-1 Blue（pKSSE5.3）的发酵液中菌体干重     

重组嗜水气单胞菌Aeromonas hydrophila 4AK4中3-羟基丁酸3-羟基己酸共聚酯PHBHHx的发酵生产

3-羟基丁酸和3-羟基己酸共聚酯（PHBHHx）是一种性能优良的新型生物可降解材料,其机械和加工性能与3-羟基己酸（3HHx）在共聚物中的含量密切相关。在嗜水气单孢菌Aeromonas hydrophila 4AK4中引入了编码β酮基硫解酶 (β-ketothiolase)的phbA基因和编码乙酰乙酰辅酶A还原酶(AcetoacetylCoA reductase)的phbB基因,使重组菌增加了一条利用乙酰辅酶A合成3羟基丁酸-CoA的代谢途径,这使得利用非相关性碳源调控PHBHHx的单体组成比例成为可能。利用葡萄糖酸钠和月桂酸作为碳源,对重组Aeromonas hydrophila 4AK4进行了摇瓶培养及5 L发酵罐培养的研究。在摇瓶实验中,通过改变碳源中两种组分的比例,可以使A. hydrophila 4AK4合成的PHBHHx中的3HHx摩尔含量由原来的15%左右降低到3%～12 %,成功地实现了对PHBHHx单体组成的调控;当以月桂酸为唯一碳源时,在5 L发酵罐中,经过56 h的培养,获得了51.5 g/L的细胞干重（CDW）,其中62 %为PHBHHx,3HHx在PHBHHx中的摩尔含量为9.7 %;当以1:1的葡萄糖酸钠和月桂酸为碳源时,48 h的5 L发酵罐培养获得了32.8 g/L的CDW和52 %的PHBHHx含量,其中3HHx在PHBHHx中的摩尔含量为6.7 %。结果证明了该重组菌在大规模生产单体组成可控PHBHHx方面具有很大的应用潜力。     

生物合成聚3-羟基丙酸酯的研究进展

聚3-羟基丙酸酯(P3HP)作为聚羟基脂肪酸酯家族(PHAs)中的新型热塑性塑料,具有生物降解性和生物相容性等优点。目前,未见野生微生物可以合成P3HP的报道,生产途径主要为化学法和生物法。其中,通过化学法或添加3-HP单体及其结构类似物作为前体的P3HP合成效率低、成本高且不具环保性;而通过构建和改造工程菌的生物代谢途径,能够利用廉价、可再生的碳源,已经逐渐成为研究热点。文中综述了国内外P3HP生物合成研究进展,并对甘油途径、丙二酸单酰辅酶A(Malonyl-Co A)途径和β-丙氨酸途径等合成方法进行了优缺点分析,为生物合成P3HP的深入研究奠定理论基础。     

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。     

高产稳产聚羟基烷酸的重组大肠杆菌的构建

重组大肠杆菌Ｅｓｃｈｅｒｉｃｈｉａ ｃｏｌｉＨＭＳ１７４（ｐＴＺ１８ＵＰＨＢ） 含有携带聚羟基烷酸（ＰＨＡ） 合成基因（ ｐｈａＣＡＢ）＊＊ 的质粒ｐＴＺ１８ＵＰＨＢ,是很有潜力的ＰＨＡ 生产菌,但存在着质粒不稳定和不能合成３羟基丁酸（３ＨＢ） 与３羟基戊酸（３ＨＶ） 共聚物［Ｐ（３ＨＢｃｏ３ＨＶ）］ 的缺陷。将ＲＫ２ 质粒上的ｐａｒ ＤＥ 基因引入ｐＴＺ１８ＵＰＨＢ 构成质粒ｐＪＭＣ２ ,该质粒可以在宿主Ｅ．ＣｏｌｉＨＭＳ１７４ 中稳定遗传。将培养基中的磷酸盐浓度降至１８ ｍ ｍｏｌ／Ｌ,发现Ｅ．Ｃｏｌｉ ＨＭＳ１７４（ｐＪＭＣ２） 能够以丙酸为前体合成Ｐ（３ＨＢｃｏ３ＨＶ） ,其中３ＨＶ 在共聚物中的含量为５ ％ ～８ ％ 。在５Ｌ自动发酵罐中分批补料培养Ｅ．Ｃｏｌｉ ＨＭＳ１７４（ｐＪＭＣ２） ,培养基初始磷酸盐浓度为１５ ｍ ｍｏｌ／Ｌ,３０ ｈ 后每升培养液中干菌体可达４２－５ ｇ,Ｐ（３ＨＢｃｏ３ＨＶ） 占干重的７０ ％ ,其中３ＨＶ 在共聚物中的含量为４－９ ％ 。     

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。     

编码1,3-丙二醇氧化还原酶基因的克隆和表达

采用PCR法克隆了巴氏梭菌（Clostridium pasteurianum）CpN86菌株编码1,3丙二醇氧化还原酶基因（dhaT基因）;完成了dhaT基因测序、表达载体构建和在大肠杆菌中表达;分离和纯化了dhaT基因表达的重组蛋白。实验结果：（1）PCR法克隆的dhaT基因和肺炎克雷伯氏菌Klebsiella pneumoniae菌株dhaT基因的序列同源性为829%;（2）dhaT基因表达蛋白的酶活为108U/mg;（3）dhaT基因表达的蛋白分子量为43kD;（4）Western blot确定了dhaT基因表达的蛋白和 CpN86菌株天然蛋白有相同的抗原反应。     

神经营养素-3基因的人工合成及其在毕赤酵母中的分泌性表达

根据人神经营养素3（Human neurotrohin3,hNT3）的基因序列,把编码氨基酸的密码子转换成毕赤酵母（Pichia pastoris）偏爱的形式,设计了10条36～59nt的寡聚核苷酸引物,通过5次连续PCR反应,获得了人工合成的NT3 cDNA片段（简称NT3b基因）。将合成的NT3b基因克隆到pPIC9K质粒上,获得重组表达载体pPIC9KNT3b。将重组表达载体pPIC9KNT3b和pPIC9KhNT3分别电击转化宿主毕赤酵母GS115菌株,经筛选得到重组转化子。不同转化子经甲醇诱导,表达产物进行SDSPAGE检测、Western blot检测和ELISA分析,结果表明,NT3b基因和hNT3基因成功获得分泌性表达,从整体水平上,使用偏爱密码子的NT3b基因在毕赤酵母GS115菌株中的表达明显优越于hNT3基因(x2=4.334,P<0.05),表达量在诱导后72～96h最高,达到31mg/L左右。     

生物法合成3-羟基丙酸的研究进展

从3-羟基丙酸的性质出发,介绍了生物法合成3-羟基丙酸以及它在生物体内的五种代谢途径,此外还简要介绍了3-羟基丙酸在合成生物聚酯、抗植物病虫害上的一些应用。     

应用聚合酶链式反应快速特异鉴定假单胞菌和伯克霍尔德氏菌（R）-3-羟基酯酰载酯蛋白-辅酶A转酰基酶基因

聚羟基脂肪酸酯 (PHA)是一类具有广泛应用前景的可降解生物塑料。因其可以以葡萄糖等廉价底物直接发酵生产PHA而日益受到重视。目前的研究表明在积累中长链PHA的假单胞菌中 ,由phaG基因编码的（R）3 羟基酯酰载酯蛋白 辅酶A转酰基酶 (PhaG)起关键作用 ,但目前为止对该蛋白还知之甚少。通过聚合酶链式反应 (PCR)建立了一种快速、特异鉴定phaG基因的方法 ,应用该方法成功地从两株积累不同PHA的假单胞菌Pseudomonasstutzeri 1317和Pseudomonasnitroreducens 080 2中分别克隆得到phaG基因 ,并在phaG基因突变株PseudomonasputidaPHAG_N-21中表达成功。同时 ,还首次报道了从非假单胞菌菌株Burkholderiacaryophylli AS 1.274 1中鉴定得到phaG基因 ,提示PhaG介导的中长链PHA合成途径作为一种通用的代谢模式在细菌中广泛存在 ,为进一步实现从廉价的非相关底物合成中长链PHA提供了必要的分子生物学基础。     

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。     

嗜水气单胞菌合成含3-羟基戊酸单体的聚羟基脂肪酸共聚酯的研究

分别利用葡萄糖或葡萄糖酸钠与十一碳酸、月桂酸与十一碳酸为混合碳源进行嗜水气单孢菌 (Aeromonashydrophila)菌株 4AK4的摇瓶培养 ,实现了含有 3 羟基戊酸 (3HV)单体的聚羟基脂肪酸酯的微生物合成。当使用葡萄糖或葡萄糖酸钠与十一碳酸为混合碳源时 ,野生型A .hydrophila 4AK4及含有 3 羟基丁酸辅酶A合成基因phaA和phaB的重组A .hydrophila 4AK4 (pTG01)能够合成-3-羟基丁酸(3HB)与-3HV的共聚物 ,且葡萄糖或葡萄糖酸钠与十一碳酸比例为 1∶1时最利于细胞生长和PHA的积累。当使用月桂酸和十一碳酸为混合碳源时 ,A .hydrophila4AK4能够合成-3HB、3HV与 β-羟基己酸 (3HHx)的共聚物 ,且随着混合碳源中十一碳酸的含量增加 ,A .hydrophila4AK4合成的PHA中-3HV的比例增加 ,而-3HB和-3HHx的比例降低.     

利用重组大肠杆菌产聚-4-羟基丁酸的研究

重组大肠杆菌 E.coli XL-1 Blue（pKSSE5.3）携带Ralstonia　eutropha　H16的 PHA聚合酶基因（phaC）和Clostridium kluyveri的4-羟基丁酸:CoA转移酶基因（orfZ）,可以利用葡萄糖和4-羟基丁酸为碳源合成均聚的聚-4-羟基丁酸[P（4HB）]。优化培养基和培养条件后,进行了补料分批培养。结果表明,经68h左右培养,E.coli XL-1 Blue（pKSSE5.3）的发酵液中菌体干重达13g/L,P（4HB）的密度达5g/L,P（4HB）百分含量为36％。从收获的冻干细胞中提纯得到40g均聚的P（4HB）,为进一步分析检测P（4HB）生物、理化、加工特性及其应用价值成为可能。     

大肠杆菌利用葡萄糖和木糖合成乙醇酸、乳酸和3-羟基丁酸共聚酯

以大肠杆菌为宿主,构建了以葡萄糖和木糖为底物获得乙醇酸、乳酸和3-羟基丁酸共聚酯的生物合成途径,包括过表达塔格糖-3-差向异构酶、核酮糖激酶、醛缩酶、醛脱氢酶、丙酰辅酶A转移酶、β-酮硫解酶、乙酰乙酰辅酶A还原酶和聚合酶等。在此基础上,表达聚羟基脂肪酸酯颗粒结合蛋白,提高了聚合物的合成,重组菌的细胞干重达到3.73g/L,含有38.72wt%的共聚酯。采用混菌共培养策略,实现以葡萄糖和木糖混合物为底物合成共聚酯,摇瓶实验中细胞干重达到4.01g/L,含有21.54wt%的聚合物。文中提供了一种以葡萄糖和木糖混合物为碳源合成聚合物的方法,为下一步纤维素水解物的有效利用提供了参考。     

富养罗尔斯通氏菌菌株 PHB“泄漏”机理的初探

建立了一种分离纯化聚羟基丁酸(Polyhydroxybutyrate, PHB)颗粒的改良方法。采用这种方法从Ralstonia eutropha菌株H16（野生型）、SK1489（Tn5诱变的PHB泄漏菌株）、JMP222（野生的PHB泄漏菌株）分离了PHB颗粒。进一步比较研究了不同菌株的PHB解聚酶和3羟基丁酸脱氢酶的活性。研究结果表明,菌株SK1489的PHB解聚酶活性（48h培养后达1.82 U/mg）明显高于野生型菌株H16(48 h培养后达0.37 U/mg),菌株JMP222的3羟基丁酸脱氢酶活性(培养96 h后达1659 U/mg)比菌株H16培养(96 h后达640 U/mg)高许多。这些结果显示,不同菌株PHB的泄漏有不同的原因,突变株SK1489导致PHB泄漏的原因是解聚酶活性高,而野生型JMP222 PHB泄漏的原因主要是3羟基丁酸脱氢酶活性高。     

聚3-羟基丁酸酯（PHB）生物降解过程的研究

利用DS9701菌株对聚3-羟基丁酸酯(PHB)膜进行降解,对降解到不同程度的PHB膜采用扫描电子显微镜观察其表面形态结构的变化,并对其降解产物进行分析测定.结果表明,PHB的生物降解首先发生在PHB表面的非晶部分,随后结晶部分开始降解,并且降解首先发生在球晶的中心部分.DS9701菌株所产生的PHB解聚酶主要降解PHB的第二个酯键,降解产物为二聚体.     

菠菜乙醇酸氧化酶基因的克隆及表达

采用RT-PCR技术从菠菜总RNA中分离扩增了乙醇酸氧化酶（GO）基因的cDNA序列,首先克隆到质粒pMD18T,进行了测序。然后将乙醇酸氧化酶的cDNA分别亚克隆至质粒pThioHisC、 pTIGTrx、pBV220和pET-2b(+),分别转化大肠杆菌DH5α和BL21（DE3）,并对重组乙醇酸氧化酶在大肠杆菌中的表达进行了研究。SDSPAGE和酶活分析表明,菠菜乙醇酸氧化酶在E.coli BL21 (DE3) （pTIGTrxGO）和E.coli BL21(DE3) （pET-22b(+)GO）里得到了高水平的表达,其中E.coli BL21(DE3) （pET-22b(+)GO）的乙醇酸氧化酶活性较高。     

适冷海洋细菌交替假单胞菌（Pseudoalteromonas sp.）MB-1内切葡聚糖酶基因的克隆和表达

从黄海深海海底淤泥中筛选出一株产纤维素酶的适冷革兰氏阴性杆菌MB1,克隆和分析了MB1的16S rDNA序列（GenBank接受号：AY551321）,经鉴定为交替假单胞菌（Pseudoalt eromonas）,命名为Pseudoalteromonas sp.MB1。克隆了该菌适冷内切葡聚糖酶基因celA（GenBank接受号：AY551322）,并在大肠杆菌（Escherichia coli）BL21中进行了表达。重组E.coli菌体破碎后,获取上清液,其中融合蛋白GSTCelA浓度约为78.5mg/L。分析了融合酶GSTCelA的性质,其最适反应温度为35℃,最适反应pH值为72,为中性适冷酶。实验结果为交替假单胞菌低温纤维素酶的基础理论和应用研究奠定了基础。