链霉菌木糖异构酶缺陷型菌株的分离

用变青链霉菌66 TK64作为出发菌,经NTG诱变,以木糖为碳源的基本培养基平板筛选得到四株木糖缺陷型菌,分别命名为C106,C215,C232和C301。依据它们木糖异构酶活性及木酮糖利用能力,可把突变菌株分为三类:一类为C215,其木糖异构酶活性是野生型的30—40%,木酮糖激酶活性正常;二类为C301,其木糖异构酶活性是野生型的15～20%,但无木酮糖激酶活性;三类是C232,它的木糖异构酶活性正常,而木酮糖激酶活性受到影响;C106菌株结果不稳定。利用链霉菌质粒pIJ702转化C215菌株原生质体,转化率为10~5—10~6/μgDNA。结果表明,可利用C215菌株作为克隆以及研究克隆的木糖异构酶基因的受体菌。     

枯草芽胞杆菌谷氨酰胺转氨酶在谷氨酸棒杆菌中的分泌表达及诱导条件的优化

本文通过重叠PCR技术构建获得枯草芽胞杆菌(Bacillus subtilis)来源的谷氨酰胺转氨酶(transglutaminase,TG)(BTG)重组基因Sprodbtg,该基因依次包含SD序列、谷氨酸棒杆菌信号肽ΔS0949序列、pro D-BTG基因,并将该目的基因克隆入大肠杆菌–谷氨酸棒杆菌穿梭表达载体p XMJ19中构建重组质粒p XMJ19-Sprodbtg.随后,重组质粒电转入谷氨酸棒杆菌(Corynebacterium glutamicum)ATCC13032中进行诱导表达,并对重组菌株的诱导条件进行优化.结果表明:重组菌株C.glutamicum ATCC13032/p XMJ19-Sprodbtg表达重组酶原蛋白pro D-BTG经活化后,BTG的活力达到(41.23±2.01)U/L;在重组菌培养12 h后诱导、IPTG终浓度0.8 mmol/L、诱导40 h的最优诱导条件下,BTG的活力达到最高,为(55.62±2.34)U/L,较优化前提高了约34.90%,.     

rDNA介导的多拷贝整合表达载体的构建及其在酿酒酵母工业菌株中的应用

根据酵母整合质粒的设计要求，PCR扩增特定的2．2kb rDNA片段，并以此替换酿酒酵母(Saccharomyces cereristae)整合载体YIp5的URA3片段；在此基础上，引入G418抗性基因KanMX和酵母磷酸甘油激酶(phosphoglycerale kinase，PGK)组成型强启动子和终止子序列(PGKp-t)，构建适合酿酒酵母工业菌株高拷贝整合表达载体pYMIKP，以细菌木糖异构酶(xylose isomerase，XI)基因xy/A为目标基因，通过载体pYMIKP引入到酵母工业菌株NAN-27中，酵母转化子在非选择培养条件下，连续生长50世代质粒稳定性为99．72％，目标基因高拷贝重组菌的木糖异构酶比酶活是对照菌株的67．2倍，达到0．672U／mg蛋白，实现了外源基因在酿酒酵母工业菌株中的稳定高效表达。     

功能模块的集成与测试研究

谷氨酸棒杆菌作为棒杆菌中的模式生物,拥有多条完整的芳香化合物代谢途径,全基因组测序的完成为在谷氨酸棒杆菌中进行代谢调控研究提供了良好的生物信息学平台;该菌包括基因敲除及互补在内的遗传操作系统非常成熟,是研究芳香化合物代谢调控机制的良好模型。该研究旨在利用棒杆菌等模式生物中的莽草酸合成及芳香化合物代谢相关元件进行元件适配性研究,同时结合生物信息学、分子生物学及生物化学方法发掘其他微生物中这两类元件,并对元件进行表征、改造及标准化并建立元件库;选取高效能的功能元件拼接组装为功能模块,并在棒杆菌等底盘细胞中进行检测适配性,从而构建出高效合成以莽草酸为代表性芳香化合物的人工细胞。到目前为止,研究工作完成了谷氨酸棒杆菌莽草酸合成途径酶元件的鉴定,重点完成了谷棒DAHP合酶和分支酸异构酶功能表征及元件间适配性关系,获得大量潜在的莽草酸合成相关代谢元件;并对部分代谢元件进行功能验证和表征;同时建立高效蛋白表达及酶活测定体系。鉴定了谷棒莽草酸途径的7个酶以及分支酸异构酶,完成了谷棒DAHP合酶、分支酸异构酶、脱氢奎尼酸脱水酶以及莽草酸激酶功能表征,揭示了DAHP合酶和分支酸异构酶相互作用机理和调控关系。获得了3 549个莽草酸途径相关基因序列,确定了516个合成目标基因,完成了这些基因密码子优化和基因序列重新设计,选取了37个脱氢奎尼酸脱水酶基因人工合成,构建标准元件库,并表征了它们的酶促动力学参数。构建并验证了快速高通量的筛选—优化—合成—表征莽草酸途径元件库的Pipeline。另外在调控元件库构建方面,构建了包括RBS、Promoter、Terminator以及Insulator等4类共226个元件的调控元件库,为莽草酸通路模块的优化和精细调控的奠定了基础。模块的组装和优化方面,构建了基于Ribo J Insulator的基因表达定量调控模型,合成了莽草酸本地途径酶元件和调控元件元件进行模块组装,并在底盘细胞谷氨酸棒杆菌中实现了表达,对最优配比进行了初步筛选,将莽草酸产量提高了7倍。     

过量表达苏氨酸脱水酶对谷氨酸棒杆菌合成L–异亮氨酸的影响

考察过量表达解除反馈抑制的苏氨酸脱水酶对谷氨酸棒杆菌发酵生产L–异亮氨酸的影响.将解除反馈抑制的苏氨酸脱水酶基因ilvA(F383V)连接大肠杆菌/谷氨酸棒杆菌穿梭质粒pXMJ19,过量表达于L–异亮氨酸生产菌株Corynebacterium glutamicum YILW.经5 L发酵罐分批补料发酵产酸实验,与出发菌株C.glutamicum YILW相比,耗糖高峰期滞后,L–异亮氨酸产量增加了10.3%,副产物L–蛋氨酸、L–赖氨酸含量分别降低了33.3%2、6.5%,发酵液中没有L–苏氨酸的累积,乳酸的累积量增加了41.7%.对发酵稳定期的代谢流分布研究表明,过量表达解除反馈抑制的苏氨酸脱水酶使HMP途径流量增加了31.7%,L–异亮氨酸生物合成途径的代谢流提高了8.5%.     

P137G点突变对嗜热细菌木糖异构酶酶活性及热稳定性的影响

利用重叠延伸法对嗜热细菌（Thermus thermphilus）的木糖异构酶基因xylA进行体外P137G定点突变，通过酿酒酵母表达载体XM204将突变基因xylA137引入酿酒酵母H158中，得到重组菌株H158 XI137. 酶活分析表明，H158 XI137在中温条件下的酶活有很大的提高，与对照菌株H158 XI相比，30?℃时的酶活提高1倍，并且拓宽了最适反应pH，但是其热稳定性大大降低. 结果表明，嗜热细菌木糖异构酶137位的Pro对维持其热稳定性起到重要的作用，并且对其酶学性质有很大的影响.     

从木糖生产酒精发酵工艺的研究

本研究应用酵母Saccharomyces Cereviciae AM12菌株,在木糖异构酶存在下,以木糖为基质发酵生产酒精。重点研究了基质浓度对酒精发酵速率的影响及菌体的接种量、增殖与乙醇生成的关系。实验结果表明,无论是氧限制或厌气发酵过程,在木糖异构酶的存在下,该菌株均可利用木糖发酵生成酒精。但是,在乙醇积累的同时,伴有副产物木糖醇的生成。     

瓜氨酸生产相关基因簇在谷氨酸棒杆菌中的组成型表达

构建1种组成型载体并将载体应用在表达瓜氨酸相关基因簇argCJBDF上。通过去除pXMJ19诱导型启动子上游阻遏蛋白lacI基因的方法,构建组成型质粒pXMJ19-lacI,并将谷氨酸棒杆菌中合成瓜氨酸途径的基因簇argCJBDF克隆到改造过的组成型载体中,实现瓜氨酸合成相关基因簇argCJBDF在谷氨酸棒杆菌的组成型表达。结果表明:重组菌在30℃摇瓶发酵72 h后,N-乙酰谷氨酸激酶的酶活达到(0.323±0.015)U/mg,瓜氨酸的产量达到4.33 g/L。成功构建的组成型表达载体,实现了外源基因簇argCJBDF在谷氨酸棒杆菌中的组成型表达。     

青春双歧杆菌体外代谢低聚木糖的研究

研究了以酶法制备和以高温降解制备的低聚木糖体外对青春双歧杆菌的增殖作用以及双歧杆菌代谢低聚木糖的规律。结果表明:以酶法制备的3 g/L低聚木糖为碳源时,菌体浓度在18 h达到最大值0.43 g/L,增殖了3.73倍;以高温降解的3 g/L低聚木糖为碳源时,菌体的浓度24 h时达到最大值0.19 g/L,增殖1.16倍。酶法制备低聚木糖增殖效果优于高温降解低聚木糖。在代谢过程中发现青春双歧杆菌优先利用木二、木三糖,在利用聚合度3以上的低聚木糖的同时会释放出阿拉伯糖和木糖。青春双歧杆菌对木二、木三、木四、木五和木六糖利用率分别为94.00%、50.00%、83.87%、60.87%和48.28%,其代谢产物主要是乳酸、乙酸和丙酸。     

纤维微菌XM-8木聚糖酶基因克隆及酶学性质

【目的】为获得可应用于木聚糖水解的酶资源,希望通过筛选分离得到能够水解木聚糖的木聚糖酶产生菌,克隆表达木聚糖酶基因并研究其酶学性质。【方法】从环境中筛选分离出可水解木聚糖的菌株,利用16SrDNA对其进行分子鉴定。扩增其木聚糖酶基因,以pET22b(+)为表达载体,构建共表达重组质粒,转化Escherichia coli BL21(DE3)进行异源表达,并对重组酶进行酶学性质研究。【结果】经16SrDNA鉴定该菌株为纤维微菌。通过PCR成功克隆到该菌的木聚糖酶基因(xyn-8a),并构建共表达质粒pET22b-xyn-8a,实现木聚糖酶Xyn-8a的活性表达。酶学性质研究表明Xyn-8a最适反应温度为60℃,最适反应pH值为6.0,只对木聚糖底物有活性;HPLC分析其水解产物以木二糖为主,还有少量的木糖和木三糖。【结论】XYN-8A在pH值为6的条件下具有较高活力,且可以催化水解反应,在生产低聚木糖方面具有一定的应用价值。     

增强谷氨酸棒状杆菌羧化途径对有机酸产量的影响

以谷氨酸棒状杆菌CZ04为出发菌株,利用pK19mobsacB载体的反向筛选,通过在ppc和pyc基因前面敲入超氧化物歧化酶基因启动子(Psod),相应获得磷酸烯醇式丙酮酸羧化酶(PPC)上调的重组菌株CZ05和丙酮酸羧化酶(PYC)上调的重组菌株CZ06以及PPC、PYC双上调的重组菌株CZ07,并研究了增强谷氨酸棒状杆菌羧化途径对有机酸产量的影响。结果表明,强启动子的敲入,对菌株生长没有明显影响,但增强了谷氨酸棒状杆菌的羧化代谢途径,能促进转基因菌株中有机酸的生成和积累。     

酿酒酵母中的嗜热细菌木糖异构酶活性表达及木糖代谢研究

将来自嗜热放线细菌Thermobif ida f usca的木糖异构酶（xylose isomerase,XI）基因xylA,连接于酵母表达载体pYES2的半乳糖诱导启动子（PGAL）下,得到重组质粒pYES2-xylA,用其转化酵母菌INVSc1,测定重组酵母菌株INVSc1-xylA的木糖异构酶活性,并对重组酵母菌株进行木糖葡萄糖共发酵试验,探讨在酿酒酵母中建立新的生产乙醇木糖代射途径。结果木糖异构酶在75℃,pH值6.8的酶活力最高,在酿酒酵母中成功地获得活性表达,并且SDS-PAGE电泳有明显的特异性表达产物带,单体分子量为43kD。INVSc1-xylA在木糖葡萄糖共发酵实验中消耗木糖和产生乙醇分别比对照菌提高53.8%和36%,提高了其生产乙醇的能力。     

地衣芽胞杆菌中过表达丙酮酸羧化酶提高杆菌肽产量

拟通过过表达丙酮酸羧化酶基因pyc A,获得杆菌肽高产菌株,提高杆菌肽产量.构建pyc A基因过表达工程菌株DW2/p HY-pyc A,以p HY300plk转化菌株DW2/300为对照.经过发酵研究验证,DW2/p HY-pyc A杆菌肽效价为767. 7U/m L,比DW2/300效价提高了14. 5%,另外在发酵过程中DW2/p HY-pyc A的生物量有所提高,且胞内草酰乙酸的含量提高了18. 6%.经过对DW2/p HY-pyc A的基因相对转录水平分析后发现,DW2/p HY-pyc A中TCA循环合成酶基因的转录水平均有所增加,该结果表明在pyc A基因过表达菌株中,TCA循环的代谢较对照菌株有所提高.因此,通过过表达pyc A,可以增强TCA回补反应,进而提高草酰乙酸的含量和强化TCA循环,最终提高了杆菌肽组成氨基酸的供给,可以实现杆菌肽的高产.     

木糖产乙醇微生物的育种研究进展

甘蔗渣水解产物中含量第二高的是木糖，利用微生物高效转化木糖产乙醇是目前蔗渣纤维综合利用的关键途径之一，但野生型酿酒酵母（Saccharomyces cerevisiae）不能利用木糖发酵产乙醇，这成为当前纤维素乙醇实现产业化生产的主要瓶颈之一。本文从微生物木糖代谢途径、利用木糖产乙醇的微生物、木糖产乙醇基因工程菌的构建、利用传统诱变方法改良木糖乙醇菌种等4个方面综述当前木糖产乙醇微生物的育种研究进展，指出木糖乙醇发酵最为理想的微生物菌种和最有应用前景的微生物分别是树干毕赤酵母（Pichia stipitis）和酿酒酵母基因工程菌，为改良木糖乙醇微生物提供理论依据。     

过表达hom基因对谷氨酸棒杆菌发酵L-异亮氨酸的影响

谷氨酸棒杆菌(Corynebacterium glutamicum)中hom基因编码的高丝氨酸脱水酶为L-异亮氨酸合成过程的关键酶,本研究通过在L-异亮氨酸生产菌C.glutamicum YILW中过表达高丝氨酸脱水酶,考察过表达高丝氨酸脱水酶对发酵L-异亮氨酸产量的影响.以L-异亮氨酸生产菌C.glutamicum YILW基因组为模板克隆hom基因,将hom基因与表达载体pXMJ19连接构建出重组质粒pXMJ19-hom,再转入C.glutamicum YILW构建C.glutamicumYILW(pXMJ19-hom).通过5,L罐发酵研究重组质粒对工程菌的生长、耗糖、L-异亮氨酸产量及副产物积累等方面的影响.结果显示,重组酶的表达使菌株对L-苏氨酸的抗反馈抑制作用得到加强.最终L-异亮氨酸和L-蛋氨酸积累量分别为36.5,g/L和2.8,g/L,分别较出发菌株提高7%和33%,同时L-赖氨酸合成量仅为2.1,g/L,较出发菌株降低了63.8%.     

利用木聚糖生长的大肠杆菌的构建

木聚糖是一种可再生资源,与葡萄糖、乳糖、果糖、甘油等微生物发酵中常用碳源相比,具有价格低廉和制取方法简便的优势。本研究利用合成生物学的方法,将直接利用木聚糖的途径以质粒的形式导入到大肠杆菌体内,成功构建了工程菌株BL21-xyn-xyl。此菌株可以将木聚糖降解为木糖,用于自身代谢生长,其后期生长状况明显优于原始菌株BL21(DE3)。     

枯草芽孢杆菌谷氨酰胺转氨酶的异源表达

以野生型枯草芽孢杆菌基因组DNA为模板,PCR扩增获得带有SD序列及谷氨酸棒状杆菌信号肽ΔS0949的BTG基因.将其与大肠杆菌-谷氨酸棒状杆菌穿梭表达载体pXMJ19连接,构建重组质粒pXMJ19-Sbtg转化谷氨酸棒状杆菌ATCC13032.经IPTG诱导后该重组菌发酵液具有交联酪蛋白的能力,表明该重组菌能够实现分泌表达.     

木糖发酵重组酿酒酵母研究进展

近年来针对木质纤维素类原料生物转化乙醇的研究引起了广泛关注。乙醇的高产依赖于木质纤维素水解液中六碳糖和五碳糖的共同发酵。但是,传统产乙醇酵母酿酒酵母 Saccharomyces cerevisiae 既不能发酵木糖, 也不能利用该五碳糖生长。因此, 研究人员尝试各种方法构建重组酵母菌以提高木糖发酵能力。作者综述了木糖发酵重组酿酒酵母菌的研究进展,包括天然木糖发酵微生物、木糖代谢途径、S. cerevisiae 的代谢工程、原生质体融合以及基因组改组技术, 同时也对目前研究存在的问题及研究前景进行了讨论。     

绿色荧光蛋白基因在木葡糖酸醋杆菌中的表达

绿色荧光蛋白(green fluorescent protein,GFP)广泛应用于报告基因、基因的表达与调控以及微生物信号传导.以p MV24穿梭质粒为载体,实现了GFP在木葡糖酸醋杆菌(Gluconacetobacter xylinus)中的成功表达.采用PCR技术扩增出绿色荧光蛋白基因,连接至木葡糖酸醋杆菌表达载体p MV24中,构建成功的质粒命名为p MV24-gfp+.采用电转化技术将重组载体导入木葡糖酸醋杆菌中,转化子在荧光显微镜的蓝色激发光下发出绿色荧光,为木葡糖酸醋杆菌趋化性的观察及菌体中运动蛋白的分析提供了重要的理论依据.     

中温α-淀粉酶基因在枯草芽孢杆菌中的整合及高效表达

从中温α-淀粉酶生产菌株枯草芽孢杆菌(Bacillus subtilis)264中克隆得到中温α-淀粉酶基因(amy L)并构建了重组表达质粒p AX01-amy L。该质粒转化枯草芽孢杆菌264后利用同源重组机制将由木糖操纵子引导的amy L表达盒整合入枯草芽孢杆菌染色体的lac A位点,以增加中温α-淀粉酶基因的拷贝数。经淀粉平板产酶初筛及Southern blot鉴定,成功分离获得了可高效分泌表达中温α-淀粉酶的基因工程菌ZHWY。该菌株在摇瓶发酵75 h后α-淀粉酶酶活可达到730 U/m L,比酶活为156 U/mg总蛋白,与原始菌株264相比提高了70%,且继代过程中表达水平稳定。在5 L发酵罐中,枯草芽孢杆菌ZHWY发酵所产中温α-淀粉酶酶活最高达到1450 U/m L,具有良好的工业应用前景。