从植物共生菌宏基因组文库筛选新的生物催化酶基因

【目的】通过建立宏基因组文库的高通量保存与基于探针洗脱的多次膜杂交筛选方法,从植物共生菌宏基因组文库筛选具有生物催化潜力的新酶基因。【方法】首先根据滴度将初始文库噬菌体包装颗粒感染到EPI300-T1R E.coli,过夜培养后对应保存于96孔板;提取粘粒进行文库的杂交筛选。【结果】描述的洗脱条件可完全去除尼龙膜上与靶DNA结合的探针,并且尼龙膜上的靶DNA至少可用于7次探针杂交,从而明显提高宏基因组文库的筛选效率。【结论】以Enoate reductase(ER)和短链脱氢酶(SDR)的同源基因片段为探针,运用该方法经两轮筛选获得候选单克隆并进行了部分粘粒的测序,发现了新的ER和SDR同源基因,并克隆到相应的全长基因序列用于后续的表达与酶化学研究。     

解淀粉芽胞杆菌关键酶基因过表达对鸟苷积累的影响

【目的】研究鸟苷生物合成途径中的3个关键酶编码基因(prs,purF,guaB)过表达对解淀粉芽胞杆菌(Bacillus amyloliquefaciens)发酵生产鸟苷的影响。【方法】利用穿梭表达载体PBE43,构建含有prs、purF和guaB基因的单独表达载体和prs、purF基因的串联表达载体,将它们分别转入鸟苷生产菌B.amyloliquefaciens TA208后,通过实时定量PCR测定各工程菌株内相关基因的转录水平;通过酶活检测分析关键酶基因扩增对肌苷酸脱氢酶活性的影响;通过摇瓶发酵实验考察工程菌株与对照菌株的生长、耗糖和鸟苷积累情况。【结果】转录分析结果表明prs、purF和guaB基因过表达的同时都伴随着自身转录水平的显著上调。与此同时,prs和purF基因单独表达均轻微下调了嘌呤操纵子的转录水平,但是guaB基因的过表达并不影响嘌呤操纵子和prs基因的转录。酶活分析结果表明prs和purF基因扩增并不影响肌苷酸脱氢酶的活性,guaB基因的扩增使其活性提高了126%。摇瓶发酵实验发现prs和purF基因的单独过表达均未促进宿主菌合成鸟苷,而含guaB基因过表达载体的工程菌鸟苷产量较出发菌株提高20.7%。将prs和purF基因串联表达后,鸟苷产量提高14.4%,糖苷转化率增加6.8%。【结论】过表达guaB基因能够大幅提高鸟苷产量,而prs和purF基因只有实现协同表达才能对宿主菌积累鸟苷产生积极影响,为通过代谢工程技术提高鸟苷产量奠定了研究基础。     

粘质沙雷氏菌H3010发酵型D-乳酸脱氢酶基因的克隆表达、纯化及酶学性质研究

通过PCR技术从粘质沙雷氏菌H3010基因组DNA中扩增出该D-乳酸脱氢酶基因,连接至pET-28a（＋）表达载体,转入大肠杆菌BL21（DE3）中进行了重组表达,优化了酶纯化的条件,并对其酶学性质进行初步研究。结果表明,获得的该酶编码基因全长993bp,编码330个氨基酸,大小为37kDa。经优化表达及纯化条件后重组酶纯度可达90％。酶学性质研究发现,该重组酶最适反应温度为60℃,最适酶促反应pH为7．5（O．2mol／L磷酸盐缓冲液）,37℃下测得对底物丙酮酸的动力学参数Km=3．39mmol／L,Vmax=6．87mmol／（mg·min）,对辅酶NADH的动力学参数Km=1．43mmol／L,Vmax=1．61mmo]／（mg·min）。为酶法生产D-乳酸及利用代谢工程构建产D-乳酸的基因工程菌打下基础。     

胞内氧化还原水平对嗜热厌氧乙醇菌 发酵代谢的影响

辅酶NADH/NAD+在细胞内氧化还原反应中起着重要的作用,是细胞生长和能量代谢必不可少的辅因子。调节微生物胞内NADH/NAD+的比率是定向改变微生物代谢,高效获得目标代谢产物的有效手段。嗜热厌氧乙醇菌(Thermoanaerobacter ethanolicus)是高温厌氧菌中乙醇产量较高的代表性菌株,本文利用不同氧化还原态的碳源改变T.ethanolicus的胞内NADH/NAD+含量和比例,进而研究了其对细胞生长、代谢产物分布的影响。以不同比例的葡萄糖/甘露醇作为混合碳源发酵,胞内氧化还原水平、细胞的生长特性、代谢产物都发生了不同程度的差异,以葡萄糖作为唯一碳源进行培养时,T.ethanolicus生长良好,乙醇产量为0.79g/L,但胞内NADH/NAD+比值和乙醇/乙酸的比值都比较低,分别为0.47和4.82;随着葡萄糖在混合碳源中比例的下降,NADH/NAD+比值增高,发酵产物中乙醇/乙酸比值也呈现上升的趋势。而以甘露醇作为唯一碳源时,发酵产物中乙醇浓度为0.389g/L,NADH/NAD+比值和乙醇/乙酸的比值分别为1.04和16.0。     

树干毕赤酵母和酿酒酵母混合糖发酵产乙醇

以树干毕赤酵母和酿酒酵母为发酵菌株,酸性蒸汽爆破玉米秸秆预水解液和纯糖模拟液为C源,采用固定化酵母细胞的方法,研究了酸爆玉米秸秆预水解液初始pH、N源种类及其浓度、3种发酵模式对树干毕赤酵母戊糖发酵的影响。结果表明:玉米秸秆预水解液适合发酵的初始pH范围为6.0～7.0;1.0 g/L的(NH4)2SO4作为N源,在40 g/L葡萄糖和25 g/L木糖培养基中发酵24 h,糖利用率达到99.47%,乙醇质量浓度为24.72 g/L,优于尿素和蛋白胨作为N源;3种模式的发酵体系中,以游离树干毕赤酵母和固定化酿酒酵母发酵性能最好,糖利用率和乙醇得率分别为99.43%和96.39%。     

国内简讯

葛根燃料乙醇生产技术取得重要进展葛根是一种高淀粉含量的非粮作物,其环境适应性强,在山地、林地、斜坡和未开垦的荒地都能较好地生长,被认为是发展燃料乙醇产业最有潜力的原料之一。近期,中国科学院过程工程研究所在葛根燃料乙醇生产技术研究方面取得重要进展,研究人员创新性地将“汽爆”预处理技术与连续耦合固态发酵技术相结合。有效解决了传统发酵技术能耗高、污染重、组分利用单一等问题。     

起始密码子下游区域AT含量优化工具BestAT的开发与应用

基因的表达水平受到起始密码子下游区域AT含量的影响,从巨大的序列集中筛选出具有特定AT含量和密码子用法特征的同义序列是一个繁琐的工作。本文研发AT含量优化工具"BestAT",初步解决了自动获取海量同义序列和充分展示同义序列的密码子用法特性两个关键问题,并且实现了与密码子用法数据库(CUD)的无缝结合,采用了密码子参数的原位标示和AT含量曲线等直观方式展示序列特性,为这类实验设计提供有力的支持。     

硬脂酰-辅酶A脱氢酶基因在食品级乳酸菌中的表达

为了实现硬脂酰-辅酶A脱氢酶1编码基因在乳酸乳球菌中的表达,采用PCR技术扩增获得人类scd1的编码序列。Nco I和Xba I双酶切后定向插入到食品级表达载体pNZ8149中,构建表达载体pNZ8149-scd1。电转化乳酸乳球菌NZ3900,经菌落PCR和测序鉴定scd1基因成功插入到乳酸乳球菌中。在乳链菌肽诱导下进行scd1的表达,转化株提取脂肪酸,进行脂肪酸含量的气相色谱分析。结果显示,SCD1转化菌株中的C16∶1n-7和C18∶1n-7脂肪酸组分比转化pNZ8149的对照组乳酸菌分别提高了92%~169%和53%~127%。文中以scd1基因为例,尝试并证明了脂肪酸脱氢酶类基因能够在食品级乳酸菌中有效表达,为后续研究奠定了基础。     

燃料乙醇工程菌的代谢工程进展

能源问题是现今经济发展面临的主要问题之一,伴随着21世纪生物发展的步伐,基于微生物合成生物学、蛋白组学和代谢组学的研究进展,利用组合基因的无标记基因删除与重组DNA等技术,构建以廉价的可再生生物原料为碳源、高效合成生物乙醇的发酵工程菌已成为研究热点。我们简要总结了以大肠杆菌、啤酒酵母和运动发酵单胞菌为宿主的乙醇代谢工程改造的相关进展。     

琥珀酸脱氢酶实验的优化设计

琥珀酸脱氢酶作用的实验是《生物化学》课程的重要实验之一。由于材料来源、成本、操作、结果等在实验教学中存在的问题,影响了该实验的效果和开出率。采用普通鸽子胸脯处肌肉作为实验材料,并对实验条件和程序进行优化,从而使教学取得了较好的效果,实验开出率也得以提高。