基于功能高分子材料的生物被膜构建及其生物转化应用进展

生物被膜是微生物附着在载体材料表面的高度有组织的微生物群体,主要由菌体和微生物的胞外分泌物构成。与浮游细菌相比,生物被膜内的微生物对抗菌剂、恶劣环境及宿主免疫防御机制的抗性显著增加,还具有自增殖、可重复利用等优点。近年来,生物被膜在污水处理、工业发酵、食品工程和生物制药等领域受到越来越多的关注。载体材料的理化性质对生物被膜的构建具有重要影响。有机高分子材料因价廉、具有较轻的比重和密度、易于表面改性等特点,成为介导生物被膜构建的优选载体材料。本文对水凝胶、高分子分离膜、聚合物纤维膜及移动床生物膜反应器(MBBR)载体等几大类功能高分子材料促进生物被膜构建及其生物转化应用研究进行综述,以期为相关科研工作者提供参考。     

烟酸转磷酸核糖激酶和丙酮酸羧化酶共表达对大肠杆菌BA002产丁二酸的影响

大肠杆菌BA002是敲除了乳酸脱氢酶的编码基因 (ldhA) 和丙酮酸-甲酸裂解酶的编码基因 (pflB) 的工程菌。厌氧条件下NADH不能及时再生为NAD+,引起胞内辅酶NAD(H)的不平衡,最终导致厌氧条件下菌株不能利用葡萄糖生长代谢。pncB是烟酸转磷酸核糖激酶 (NAPRTase) 的编码基因,通过过量表达pncB基因能够提高NAD(H)总量与维持合适的NADH/NAD+,从而恢复了厌氧条件下重组菌E. coli BA014 (BA002/pTrc99a-pncB) 的生长和产丁二酸的性能。然而,BA014在厌氧发酵过程中有大量丙酮酸积累,为进一步提高菌株的丁二酸生产能力,减少副产物丙酮酸的生成,共表达NAPRTase和来自于乳酸乳球菌 NZ9000中丙酮酸羧化酶 (PYC) 的编码基因pyc,构建了重组菌E. coli BA016 (BA002/pTrc99a-pncB-pyc)。3 L发酵罐结果表明,BA016发酵112 h后,共消耗了35.00 g/L的葡萄糖。发酵结束时,菌体OD600为4.64,产生了25.09 g/L丁二酸。通过共表达pncB和pyc基因,使BA016的丙酮酸积累进一步降低,丁二酸产量进一步提高。     

重组蛋白融合信号肽在大肠杆菌周质空间表达的研究进展

重组蛋白在大肠杆菌中表达时,往往面临着形成包涵体的问题,而重组蛋白若是分泌至周质空间则基本解决了这一问题,周质空间的周质蛋白不仅能帮助重组蛋白正确折叠还有利于二硫键的生成。信号肽是一段由15-30个氨基酸组成,被融合在重组蛋白N端的短肽,按照结构、功能的不同可以划分为N区、H区和C区,具有引导重组蛋白转运至细胞周质空间的作用。本文综述了信号肽的结构组成、作用机理和基本分泌途径,讨论了信号肽的高效转运和筛选方法,总结了在大肠杆菌中重组蛋白融合信号肽实现周质表达的新进展,并对未来高效信号肽选择方面的研究进行了探讨。     

生物基分子介导纳米金属材料的制备及其应用

纳米金属材料具有纳米晶强化效应、光吸收率大、较高的表面能和单磁畴性能等优点,因其在医药、化学催化、抗菌抑毒等方面发挥着越来越重要的作用而受到人们广泛关注.近年来,随着全球石化资源消耗与曰俱增,环境污染加剧,基于可再生资源的生物基分子介导纳米材料的制备研究方兴未艾.生物基分子是指直接或间接来源于生物质的小分子或大分子物质...     

进化代谢选育高渗透压耐受型产琥珀酸大肠杆菌

在以碳酸钠为酸中和剂的大肠杆菌两阶段发酵产琥珀酸的过程中,由于Na+的积累造成发酵体系中渗透压的提高,严重抑制了琥珀酸的产物浓度。为了增强大肠杆菌对渗透压的耐受性,考察了利用进化代谢方法筛选高渗透压耐受型高产琥珀酸大肠杆菌菌株的可行性。进化代谢系统作为一种菌株突变装置,可以使菌体在连续培养条件下以最大的生长速率生长。以NaCl为渗透压调节剂,通过在连续培养装置中逐步提高NaCl浓度使菌体在高渗透压条件下快速生长,最终得到了一株高渗透压耐受型琥珀酸生产菌株Escherichia coli XB4。以碳酸钠为酸中和剂,在7 L发酵罐中利用Escherichia coli XB4进行两阶段发酵,厌氧培养60 h后,琥珀酸产量达到了69.5 g/L,琥珀酸生产速率达到了1.81 g/(L.h),分别比出发菌株提高了18.6%和20%。     

过量表达苹果酸脱氢酶对大肠杆菌NZN111产丁二酸的影响

大肠杆菌NZN111是敲除了乳酸脱氢酶的编码基因 (ldhA) 和丙酮酸-甲酸裂解酶的编码基因 (pflB) 的工程菌,厌氧条件下由于辅酶NAD(H) 的不平衡导致其丧失了代谢葡萄糖的能力。构建了苹果酸脱氢酶的重组菌大肠杆菌NZN111/pTrc99a-mdh,在厌氧摇瓶发酵过程中通过0.3 mmol/L的IPTG诱导后重组菌的苹果酸脱氢酶 (Malate dehydrogenase,MDH) 酶活较出发菌株提高了14.8倍,NADH/NAD+的比例从0.64下降到0.26,同时NAD+和NADH浓度分别     

过量表达Bacillus subtilis磷酸烯醇式丙酮酸羧化激酶对大肠杆菌产琥珀酸的影响

在大肠杆菌厌氧混合酸发酵途径中,磷酸烯醇式丙酮酸羧化酶(PPC)和磷酸烯醇式丙酮酸羧化激酶(PCK)皆可催化由磷酸烯醇式丙酮酸(PEP)到草酰乙酸(OAA)的反应。鉴于经由PCK催化的反应伴有ATP的生成,理论上更有利于菌体生长和产酸,本研究以大肠杆菌W3110(△pfl,△ldh)为出发菌株,利用λ-Red同源重组系统构建了其ppc缺陷菌株并在此基础上过量表达了Bacillus subtilispck基因。初步的厌氧发酵实验表明:过量表达pck可在一定程度上恢复初始菌株厌氧代谢葡萄糖的能力。其中又以ppc缺陷株更为明显,其耗糖能力和产酸能力分别为对照菌株的4.2和15.3倍。     

发酵法生产丁二酸的化学合成培养基的筛选

以产琥珀酸放线杆菌Actinobacillus succinogenes NJ113 为出发菌株,针对该菌株筛选出含有关键生长因子的化学合成培养基,其关键因子为谷氨酸（Glu）、蛋氨酸（Met）和生物素（VH）和烟酸（VPP）。结合原发酵培养基中的磷酸缓冲盐成分,最终得到的化学合成培养基配方（g/L）： CH3COONa 1.36,NaCl 1.0,MgCl2 0.2,CaCl2 0.2,Na2HPO4 0.31,NaH2PO4 1.6, KH2PO4 3,NH4HCO3 1.57,Glu 0.87,Met 0.11,VH 0.010,VPP 0.025。在3 L发酵罐上进行验证实验,50 g/L初始葡萄糖发酵70 h,丁二酸的质量浓度为45.2 g/L,丁二酸收率达到90.4%。与之前的半合成培养基发酵制备丁二酸相比,丁二酸的收率提高了25.2%,副产物也有很大幅度的减少。     

大肠杆菌AFP111菌体回收连续转化生产丁二酸

在利用大肠杆菌AFP111厌氧发酵生产丁二酸过程中,随着产物丁二酸的不断积累,菌体活力和产酸能力逐渐降低,而通过回收菌体在新鲜培养基中重复发酵,可延长厌氧发酵时间,但是丁二酸生产效率较低。为了提高菌体回收丁二酸的转化效率,通过在回收菌体时有氧诱导 3 h,以纯水为培养基,进行丁二酸转化发酵。在连续进行 3 批次的发酵后,丁二酸的总产量和最终收率分别为 56.50 g/L和90%,生产速率达到了 0.81 g/(L·h),比未诱导情况下的生产速率提高了13%。     

肠膜明串珠菌蔗糖磷酸化酶基因在大肠杆菌中的表达

以肠膜明串珠菌基因组DNA为模板,通过PCR扩增得到1 581 bp的蔗糖磷酸化酶(SPase)DNA片段.将该基因克隆到表达载体pET-22b(+)上,构建获得重组质粒pET-SPase.测序结果与GenBank上已公布的基因序列比较,有1个碱基发生变化,但该碱基的改变未引起氨基酸序列的改变.将pET-SPase转化到Escherichia coli Rosetta(DE3)感受态中,IPTG诱导表达后进行SDS-PAGE分析,目的蛋白条带约为55 kD,与预期大小一致,结果表明SPase基因在大肠杆菌中进行了表达.酶活分析,产物的比活为1.8 U/mg,证明了表达产物具有预期的酶活性.进一步考察了IPTG浓度、诱导温度和时间等因素对重组菌表达的蔗糖磷酸化酶的影响.在优化条件下,该蔗糖磷酸化酶的比活可以达到16.6 U/mg,比优化表达条件前的酶比活提高了9.2倍,比已报道的肠膜明串殊菌粗酶液比活(7.1 U/mg)提高了2.34倍.