Arthrobacter ureafaciens CZ31丙氨酸脱氢酶可溶性表达及产酶条件优化

【目的】克隆Arthrobacter ureafaciens CZ31丙氨酸脱氢酶的编码基因(alanine dehydrogenase),转化至Escherichia coli Rosetta(DE3)中构建可溶性表达alanine dehydrogenase(ald)的工程菌CZR07并优化产酶条件。【方法】提取A.ureafaciens CZ31菌株的全基因组DNA,设计引物扩增出ald基因,与pET-28a连接后导入E.coli Rosetta中表达并纯化重组蛋白,以单因素实验结果为依据,响应面法优化发酵条件。【结果】ald全长为1119 bp,编码含372个氨基酸残基的蛋白质,分子量约为40 kDa,酶活为2.65 U/mg。响应面分析温度、诱导时间及诱导剂浓度的影响强度为IPTG浓度温度温度×IPTG浓度温度×诱导时间IPTG浓度×诱导时间诱导时间。CZR07摇瓶发酵最佳条件为温度22°C、IPTG 0.7 mmol/L、诱导时间7 h,此条件下重组酶酶活达到15.23 U/mg,与响应面优化的预测值相似,较优化前提高5.75倍。【结论】克隆并实现了CZ31中ald基因的可溶性表达,采用BBD法优化产酶的诱导条件,获得显著的优化效果,为其他工程菌株产酶条件优化提供借鉴。     

用GAP启动子在Pichia pastoris GS115中组成型表达鼠灰链霉菌腺苷酸脱氨酶

【目的】构建产AMP脱氨酶的重组毕赤酵母(Pichia pastoris GS115)菌株,并初步优化其发酵条件。【方法】以鼠灰链霉菌(Streptomyces murinus)基因组为模板PCR扩增获得腺苷酸脱氨酶基因AMPD,以pGAP9K为载体构建重组表达质粒pGAP9K-AMPD并通过电转化法转入Pichia pastoris GS115,筛选转化子对其酶活进行测定,并初步优化其发酵条件。【结果】构建了毕赤酵母重组菌,通过分光光度法测定,显示重组菌有明显的酶活;初步优化发酵条件为:该重组菌最适发酵培养基为:甘油2%,蛋白胨2%,酵母膏1%,KH2PO40.5%,MgSO4·7H2O0.05%,pH 6.0;发酵条件为:接种龄24 h,转接量3%,30°C﹑200 r/min培养96 h,取发酵上清液测定酶活,重组菌腺苷酸脱氨酶酶活达到2 230±60 U/mL。【结论】构建了一株产AMP脱氨酶活性较高的重组毕赤酵母菌株,并通过优化发酵条件使其酶活达到2 230±60 U/mL。为AMP脱氨酶工业化生产奠定了一定的基础。     

一株产G418单组分工程菌的构建

【目的】定向改造庆大霉素产生菌绛红小单孢菌G1008,获得产G418单组分工程菌。【方法】以温敏型穿梭质粒p KC1139为载体,构建敲除基因genQ*重组质粒p QB303,通过接合转移,导入绛红小单孢菌G1008中,影印筛选和PCR鉴定genQ*框内缺失突变菌,利用TLC和MS分析其代谢产物组分。【结果】获得一株genQ*缺失工程菌Micromonospora purpurea GQ175,其代谢产物为G418单组分,生物效价达828 mg/L,与出发菌G1008的产抗能力相当。【结论】工程菌GQ175产G418单组分,具有很好的工业开发价值。同时,证明绛红小单孢菌G1008中,庆大霉素C-6′脱氢酶基因为genQ*,且无其他同功酶基因。     

利用重组钝齿棒杆菌高效合成L-茶氨酸

【目的】构建Bacillus subtilis来源的γ-谷氨酰转肽酶蛋白(GGT)的Corynebacterium glutamicum SYPA5-5表达系统,验证该蛋白信号肽片段在宿主表达体系中的作用,并将该体系应用于高效合成茶氨酸的研究。【方法】将该ggt基因和切除信号肽的片段基因(?sp ggt)在C.glutamicum SYPA5-5中克隆表达。以C.glutamicum SYPA5-5高产L-精氨酸培养基为基础进行重组菌产酶优化。最优转化条件为:L-谷氨酰胺∶乙胺为1∶3,酶量为0.06 U/mL。采用底物流加策略高产L-茶氨酸,40 mL的转化体系包含:终浓度为0.9 U/mL的GGT,pH 10,37℃,从0 h开始每隔2 h补加20 mmol/L的L-谷氨酰胺,60 mmol/L的乙胺。【结果】C.glutamicum SYPA5-5/pXMJ19-ggt发酵上清液中GGT酶活达到(4.69±0.34)U/mL,C.glutamicum SYPA5-5/pXMJ19-?sp ggt只检测到胞内酶活(0.99±0.17)U/mL,说明利用B.subtilis来源的信号肽可以实现GGT在C.glutamicum体系中分泌表达。最适产酶培养基条件为:葡萄糖浓度为10%;IPTG最适添加时间为0 h。批次流加在12 h时达到最大茶氨酸产量104.36 mmol/L,转化率为86.9%。【讨论】本文首次实现B.subtilis来源的γ-谷氨酰转肽酶基因(ggt)在C.glutamicum SYPA5-5中分泌表达,通过分批流加底物获得目前报道的利用重组C.glutamicum合成L-茶氨酸的最高产量。     

原儿茶酸的生物转化

【背景】原儿茶酸(Protocatechuic acid,PCA)是一些植物的主要活性成分,可作为许多聚合物和药物的前体物质,目前PCA的主要来源是利用化学法从植物中提取,然而该法提取率低且对环境造成一定程度的破坏。【目的】克隆对羟基苯甲酸-3-羟化酶基因ρ-HBA-3H并进行异源表达,利用该酶催化实现原儿茶酸的生物转化。【方法】以红球菌R04基因组DNA为模板,PCR扩增得到对羟基苯甲酸-3-羟化酶基因ρ-HBA-3H,构建重组基因工程菌BL21(DE3)/pET21a(+)-ρ-HBA-3H,诱导表达对羟基苯甲酸-3-羟化酶,在底物对羟基苯甲酸(ρ-Hydroxybenzoicacid,ρ-HBA)存在下进行PCA的生物转化,并对生物转化的条件进行优化。【结果】对羟基苯甲酸-3-羟化酶基因在大肠杆菌中实现了高效表达。通过生物转化PCA产量可达1.156 g/L。优化实验表明Mg2+、Triton X-100对转化效率无影响,增加反应体系的溶氧量及添加适量的吐温-80能够促进转化反应的进行。细胞连续转化基础上适量补充葡萄糖可以有效增加工程菌的转化效率,减少PCA的消耗。【结论】通过生物酶催化法实现了PCA的高效率、绿色生产,为其他重要发酵产品的工业化生产提供理论研究基础。     

粪产碱杆菌的分离鉴定及其生物转化作用

【背景】硫化氢(H2S)作为畜牧生产过程中释放的一种有毒有害气体,严重危害畜禽和人类的健康,因此降解硫化氢特别是生物氧化法转化硫化氢已成为当前研究热点。【目的】筛选高效硫氧化菌株并研究其生物转化作用。【方法】以长春市某养鸡场采集的新鲜粪便为材料,分离鉴定硫氧化菌株。采用单因素分析法优化其生长条件,研究生物转化效率,检测soxY、soxZ基因m RNA表达水平。【结果】获得一株高效硫氧化菌株JF9,经鉴定为粪产碱杆菌。最佳生长条件:底物浓度0.5 g/L,温度35°C,初始pH 7.0,在此条件下Na2S去除率达94%以上。菌株JF9存在soxY和soxZ基因,其转录水平在硫源诱导前后差异显著(P0.05)。【结论】分离得到的粪产碱杆菌具有良好的硫化物转化能力,脱硫过程中硫氧化基因高效表达。     

利用产脂肪酶B的毕赤酵母工程菌生物拆分制备西司他丁关键手性中间体的体系优化

S-(+)-2,2-二甲基环丙烷甲酸(S-(+)-DMCPA)是合成西司他丁的关键手性中间体。构建的毕赤酵母工程菌生产的脂肪酶可高选择性催化外消旋2,2-二甲基环丙烷甲酸乙酯(DMCPE)不对称水解制备S-(+)-DMCPA。对该工程菌产胞外脂肪酶的产酶条件及生物拆分反应条件进行优化,以提高其催化效率。优化获得重组毕赤酵母最佳产酶条件:采用BMMY培养基,培养基初始p H 8.0,500 m L摇瓶装50 m L培养基,每隔4 h向培养基中补加终体积分数为1%的甲醇。培养192 h后,发酵液中脂肪酶比酶活为4.41 U/L,较优化前提高了90.9%。利用含脂肪酶的发酵上清液进行DMCPE的生物拆分反应,底物浓度为15 mmol/L,30℃反应36 h,S-(+)-DMCPA的产率可达43.8%,e.e.值为99.8%。     

微生物合成L-脯氨酸和反式-4-羟基-L-脯氨酸的研究进展

L-脯氨酸(L-proline, L-Pro)是构成生物体蛋白质20种氨基酸中唯一的一种亚氨基酸,其羟基化后的产物主要是反式-4-羟基-L-脯氨酸(trans-4-hydroxy-L-proline, T-4-Hyp),两者均具有独特的生物活性,在生物医药和食品美容方面发挥着不可替代的作用。随着对L-Pro和T-4-Hyp功能的深度挖掘,这两者的需求与日俱增,传统生物提取和化学合成的方法已无法满足当今社会“绿色、环保、高效”的需求。近年来,合成生物学迅猛发展,通过深入解析L-Pro和T-4-Hyp的合成途径,构建了微生物细胞工厂用于规模化生产,为绿色高效生产L-Pro和T-4-Hyp开启了新的篇章。本文综述了L-Pro和T-4-Hyp的应用与生产方法、微生物合成L-Pro和T-4-Hyp的代谢途径以及微生物生产L-Pro和T-4-Hyp的改造策略与研究进展,旨在为L-Pro和T-4-Hyp的“绿色生物制造”提供理论基础,促进其工业化生产。     

地衣芽孢杆菌TG116胞外蛋白酶产酶条件与酶学性质

【背景】从独角莲中分离得到的地衣芽孢杆菌TG116是一株对植物病原菌具有广谱抗性作用的生防菌株。【目的】优化TG116的产酶条件并探索其酶学性质,进一步了解其抗菌机制。【方法】采用Folin-Phenol显色法与响应曲面法,优化菌株TG116的产酶条件并研究其蛋白酶的酶学性质。【结果】菌株TG116产酶最适条件为:温度40.83°C,p H 8.01,发酵时间53.74 h,增加通气量可以显著提高酶活力。按照优化后的条件培养48 h后,上清液蛋白酶活力从57.46 U/mL达到了254.07 U/mL。酶学性质研究表明:该酶为碱性蛋白酶,最适反应pH为8.5,最适反应温度为50°C,具有良好的温度和pH稳定性,EDTA对酶活具有强烈的抑制作用,金属离子Mg~(2+)、Ca~(2+)、Na~+、Co~(2+)、K~+等对酶活也具有一定的抑制作用。【结论】菌株TG116具有良好的p H与温度稳定性,在实际应用中蛋白酶不易失活,可以分解真菌的细胞壁蛋白成分,破坏细胞壁结构,从而抑制甚至杀死病原菌,达到抗菌作用。     

深海太平洋火色杆菌琼胶酶Aga2660的克隆表达及发酵优化

【背景】琼胶寡糖已成为化妆品、食品、医药等领域的研究热点,而生物酶法被认为是制备琼胶寡糖的高效方法。【目的】从深海太平洋火色杆菌(Flammeovirga pacifica WPAGA1)筛选获得琼胶酶基因aga2660,对基因aga2660进行克隆转化,使其在大肠杆菌中进行表达,分析重组酶的性质以及酶解产物。【方法】采用克隆表达和镍柱纯化方法获得aga2660基因表达的纯化产物;采用薄层层析和离子色谱法分析酶解产物;5L发酵罐采用补料阶段指数流加、诱导阶段乳糖连续流加的策略进行产酶发酵条件的优化。【结果】基因aga2660是具有GH50家族典型特征的基因,酶解产物为单一的新琼二糖。最适温度为30°C,最适pH为7.0,Mn2+、Ca2+和Mg2+能促进琼胶酶Aga2660的酶活。采用发酵优化策略后的酶活达到11.81U/mL,比优化前提高了13.2倍。【结论】琼胶酶Aga2660具有良好的热、酸、碱稳定性,其酶解产物为单一的新琼二糖,这为特定聚合度琼胶寡糖的制备奠定了良好基础。     

In situ survival of plasmid-bearing and plasmidless Pseudomonas aeruginosa in pristine tropical waters

Two rare wild-type strains of Pseudomonas aeruginosa were mixed in membrane diffusion chambers and then introduced into a natural freshwater environment for 72 h. The plasmid-containing strain (R serotype 15) and the plasmidless strain (H serotype 5) had initial bacterial densities of 2 x 10(5) cells per ml. Samples collected from the chambers were analyzed for viable and direct counts and for acquired-resistance frequencies. Suspected transconjugant-to-donor ratios ranged from 0.5 to 1.3; transfer percentages ranged from 13 to 70%. [3H]thymidine uptake indicated DNA synthesis in both strains as well as in transconjugants. These studies indicate that rare wild-type bacterial strains with large plasmid loads can survive as well as can bacteria with low plasmid loads when exposed to the in situ conditions of a tropical freshwater habitat. These results also suggest that genetic modification of indigenous microbiota through conjugation or transformation is feasible when rare wild-type strains or genetically engineered microorganisms are released in large numbers in tropical aquatic ecosystems.     

高产纤溶酶菌株CNY16发酵条件优化及其酶学特性初步研究

【目的】通过响应面试验对产纤溶酶菌株CNY16发酵条件进行优化,并对其酶学特性进行初步研究。【方法】采用Plackett-Burman设计得出酵母膏、氯化钠、转速3个最重要影响因素,通过最陡爬坡实验逼近酶活的最高区域,然后根据Box-Behnken中心组合设计实验对显著因素进行优化分析,最后对该酶学性质进行初步分析。【结果】最终得到3个因素的最优组合:酵母膏3.28%,氯化钠1.14%,转速166 r/min,在此培养条件下,纤溶酶活达到875.932 U/mL,比优化前提高了46%;该菌株产纤溶酶最适温度为30°C,最适pH为6.5。【结论】确定了高产纤溶酶菌株CNY16的最优发酵条件及其部分酶学性质,为该酶的进一步深入研究及中试实验奠定基础。     

海洋来源链霉菌MY0504产纤溶酶的发酵条件优化

【目的】以发酵液纤溶酶活力为指标,优化海洋来源的链霉菌菌株MY0504的发酵条件。【方法】在菌株生长曲线及单因素试验基础上,采用Plackett-Burman设计筛选影响纤溶酶活性的主要因素,进一步用最陡爬坡试验及Box-Behnken中心组合设计法优化发酵条件。【结果】纤溶酶活性最高的发酵条件为:葡萄糖21.68 g/L,酵母粉25.31 g/L,NaCl5.0 g/L,K_2HPO_4·3H_2O3.0 g/L,MgSO_4·7H_2O 0.5 g/L,FeSO_4·7H_2O 0.02 g/L,装液量50 mL(250 mL摇瓶),接种量10%(体积比),初始pH 7.5,温度24°C,转速200 r/min,培养时间4.5 d。发酵液纤溶酶活性可达2 190.6 U/mL。【结论】确定了MY0504菌株产纤溶酶的最优发酵条件,为该酶的进一步分离纯化及性质研究奠定基础。     

亚麻立枯病拮抗菌的筛选、生防效果及发酵条件优化

【目的】从健康亚麻植株的根际土壤中筛选对亚麻立枯病菌具有较强抑菌作用的拮抗菌,优化其产生抑菌活性物质的发酵条件,为其生防利用奠定基础。【方法】采用稀释平板涂布法和对峙培养法进行拮抗菌的筛选;根据菌株形态学特征、生理生化特性以及16S r RNA基因序列分析对其进行鉴定;利用温室抗病实验确定其生防效果;通过单因素实验和均匀设计实验优化其发酵条件。【结果】分离筛选到一株对亚麻立枯病菌具有显著拮抗作用的细菌HXP-5,且其对另外7种植物病菌真菌均有拮抗作用;鉴定菌株HXP-5为枯草芽孢杆菌;温室抗病实验结果表明其生防效果可达71.22%;其产生抑菌活性物质的最佳发酵条件为:葡萄糖为2.3%,胰蛋白胨+酵母粉(3:1)为0.25%,Na Cl为0.18%,发酵时间为72 h,发酵温度为27°C,转速为210 r/min,250 m L摇瓶装液100 m L,接种量为1.7%。【结论】经鉴定,对亚麻立枯病病菌具拮抗作用的菌株HXP-5为枯草芽孢杆菌,且对亚麻立枯病具有较强的防治效果,发酵条件进行优化后其对亚麻立枯病病原菌显示出更强的拮抗作用。     

Separation and evaluation of the cis and trans isomers of hydroxyprolines: effect of hydrolysis on the epimerization

A procedure has been developed which can detect the hydroxyproline isomers trans-4-hydroxyproline (Hyp), trans-3-hydroxyproline, cis-4-hydroxyproline, and cis-3-hydroxyproline present in hydrolysates of collagens. The method involves hydrolyzing collagen, and reacting the primary amino acids with o-phthaladehyde (OPA) and the hydroxyprolines and proline with 7-chloro-4-nitrobenzo-2-oxa-1,3-diazole (NBD-Cl) which combines specifically with secondary amino acids. The proline and hydroxyprolines are then separated by thin-layer chromatography and quantified by using a scanning spectrofluorometer. The method was used to show that both trans-4-L-hydroxyproline and trans-3-L-hydroxyproline were epimerized as a function of hydrolysis time to the cis isomers. An appreciable amount of trans-3-Hyp was degraded. Hydrolysis with 6 N HCl in the presence of 6% trichloroacetic acid gave greater epimerization than the 6 N HCl alone. Alkaline hydrolysis in 0.2 M Ba(OH)2 caused more epimerization of trans-4-Hyp and trans-3-Hyp compared with acid hydrolysis but less degradation, so that alkaline hydrolysis is proposed for the evaluation of trans-3-Hyp, provided that the total of the cis and trans isomers be considered in this case.     

In situ survival of plasmid-bearing and plasmidless Pseudomonas aeruginosa in pristine tropical waters.

Two rare wild-type strains of Pseudomonas aeruginosa were mixed in membrane diffusion chambers and then introduced into a natural freshwater environment for 72 h. The plasmid-containing strain (R serotype 15) and the plasmidless strain (H serotype 5) had initial bacterial densities of 2 x 10(5) cells per ml. Samples collected from the chambers were analyzed for viable and direct counts and for acquired-resistance frequencies. Suspected transconjugant-to-donor ratios ranged from 0.5 to 1.3; transfer percentages ranged from 13 to 70%. [3H]thymidine uptake indicated DNA synthesis in both strains as well as in transconjugants. These studies indicate that rare wild-type bacterial strains with large plasmid loads can survive as well as can bacteria with low plasmid loads when exposed to the in situ conditions of a tropical freshwater habitat. These results also suggest that genetic modification of indigenous microbiota through conjugation or transformation is feasible when rare wild-type strains or genetically engineered microorganisms are released in large numbers in tropical aquatic ecosystems.     

产低温脂肪酶菌株CZW001发酵培养基优化研究

【目的】研究产低温脂肪酶菌株CZW001发酵培养基。【方法】在单因素试验的基础上, 采用Plackett-Burman (P-B)设计, Box-Behnken (B-B)设计和响应面试验设计(RSM), 在20 °C、pH 8.0、160?r/min发酵2 d条件下, 对发酵培养基进行优化。【结果】该菌株最适产酶培养基为(g/L): 葡萄糖7.68, 橄榄油21.93, 硫酸铵2.0, 磷酸二氢钾1.0, 硫酸镁0.27, 氯化钙0.3, 氯化钠20.0, 吐温-80 1.0。其最高酶活为62.8 U/mL, 比优化前提高了3.14倍。【结论】通过对产低温脂肪酶菌株CZW001发酵培养基优化研究, 明显提高低温脂肪酶活力。     

产D-阿拉伯醇菌株的筛选、鉴定及其产D-阿拉伯醇条件的优化

摘要：【目的】产D-阿拉伯醇的耐高渗酵母的筛选、鉴定和产D-阿拉伯醇条件的优化。【方法】通过电镜、Biolog GN、(G+C)含量和26S rDNA D1/D2区序列分析法对所获得的菌株进行了描述。通过红外光谱、核磁共振氢谱和碳谱、质谱以及旋光度实验鉴定纯化产物的结构。通过单因素实验优化产D-阿拉伯醇的发酵条件。【结果】本文筛选得到一株产D-阿拉伯醇的新型菌株,经鉴定属于假丝酵母属并命名为Candida sp. H2。200 mL摇瓶发酵生产D-阿拉伯醇的单因素优化实验表明,最适发酵条件为：葡萄糖250     

铜绿假单胞菌产蛋白酶的发酵条件优化

【目的】鉴定一株来源于酱油曲能够分泌蛋白酶的铜绿假单胞菌CAU342A,优化其产蛋白酶的发酵条件。【方法】采用形态学观察、16S r RNA基因序列比对和生理生化方法鉴定菌株CAU342A;通过碳源、氮源、初始pH、温度、表面活性剂及发酵时间的单因素优化和正交试验获得最适发酵条件。【结果】菌株CAU342A被鉴定为铜绿假单胞菌(Pseudomonas aeruginosa),其最适发酵产酶条件为(质量体积比):3%酒糟,1.5%酵母浸提物,0.05%吐温-80,0.5%NaCl,0.7%K_2HPO_4,0.3%KH_2PO_4,0.04%MnSO_4,培养基初始pH 7.5,30°C培养72 h。在最适发酵条件下,该菌株最大产酶水平达到2 653.5 U/m L。蛋白酶酶谱分析表明该菌株能够产生至少4种具有蛋白酶活性的同工酶,其中两个主要酶谱带对应分子量分别为32 k D和50 k D。【结论】铜绿假单胞菌CAU342A高产蛋白酶,具有很大的工业应用潜力。