肺炎克雷伯氏菌3-羟基丙酸合成关键酶基因过表达与NAD~+再生的耦合

在肺炎克雷伯氏菌(Klebsiella pneumoniae)中超表达内源甘油脱水酶基因dhaB和醛脱氢酶基因puuC,同时引入酿酒酵母(Saccharomyces cerevisiae)的3-磷酸甘油脱氢酶基因GPD1,得到耦合3-羟基丙酸(3-HP)合成与NAD+再生的重组菌K.p(pET-pk-dhaB-puuC-GPD1)。微氧摇瓶发酵结果显示在15h时3-HP产量达到1.45g/L,是携带空载体菌的2.39倍。分析是遗传扰动影响了底物甘油的代谢流量分配,从而提高了3-羟基丙酸的产量。     

过表达醛脱氢酶对Klebsiella pneumoniae合成3-羟基丙酸的影响

克隆了肺炎克雷伯氏菌（Klebsiella pneumoniae）及大肠杆菌（Escherichia coli）各自的醛脱氢酶基因puuC和aldH,获得了重组肺炎克雷伯氏菌K.p(pET-PK-puuC)和K.p(pET-PK-aldH),这两株菌均能以甘油为唯一碳源生产3-羟基丙酸（3-HP）。发酵实验结果显示K.p(pET-PK-puuC)的甘油转化率和单位菌体产量与野生菌相比分别提高了135%和18%;K.p(pET-PK-aldH)的3-HP产量达1.43g/L,是K.p(pET-PK-puuC)的1.8倍,比野生菌提高了81%,甘油转化率和单位菌体产量比野生菌分别提高了150%和88%。     

基于sigma因子全局代谢扰动提高克雷伯肺炎杆菌的3-羟基丙酸产量

利用易错PCR技术构建了全局转录机器工程（gTME）关键元件σ因子（rpoD基因）的突变文库,连接至表达载体,电转化K.pneumoniae DSM 2026,并且从大量阳性克隆中筛选出一株3-羟基丙酸（3-HP）高产菌。初步发酵试验表明,该携带突变rpoD基因的工程菌能高效利用甘油生产3-HP,产量达到4.49g/L,比携带野生型rpoD基因的对照菌提高242.75%,甘油转化率、生产强度分别提高了832.50%、239.39%。     

构建组成型肺炎克雷伯氏菌表达系统生产3-羟基丙酸

利用组成型卡那霉素抗性基因启动子(Pkan),在肺炎克雷伯氏菌(Klebsiella pneumoniae)中过表达大肠杆菌醛脱氢酶基因ald H,获得重组菌K.p(p ETPkan-ald H)。微氧摇瓶发酵表明,该重组菌可高效利用甘油生产3-羟基丙酸,产量为0.47 g/L,较野生菌提高89.5%,甘油转化率、单位菌体产量分别提高100%和92%。5 L发酵罐微氧流加发酵表明,该菌3-HP产量达15.28 g/L,甘油转化率、产率分别为13.02%、12.73%。     

辅酶A依赖的丙醛脱氢酶基因的克隆、表达及其对宿主菌生长的影响

辅酶A依赖的丙醛脱氢酶(Pdu P)是以甘油为底物催化合成聚3-羟基丙酸的关键酶。本研究从鼠伤寒沙门氏菌基因组中PCR扩增了pdu P基因,构建表达载体后转化肺炎克雷伯氏菌,得到重组菌K.p(p ET-pk-pdu P)。SDS-PAGE显示Pdu P实现了高效表达。生长曲线表明重组菌延迟进入平稳期,生物量较空质粒对照菌提高了24.68%,1,3-丙二醇和2,3-丁二醇的产量分别达到16.58 g/L和15.68 g/L,甘油转化率比空质粒对照菌和原代菌分别提高了40.62%和34.02%。上述结果表明,过表达pdu P重排了代谢流量,促进了菌体生长。     

异质型乙酰辅酶A羧化酶及其生产3-羟基丙酸的研究进展

乙酰辅酶A羧化酶(ACCase)催化底物乙酰辅酶A的羧化,是脂肪酸从头合成的起始限速酶.近年来,在一些嗜热古细菌、丝状不产氧光合细菌等中发现的ACCase还参与一种新型固定二氧化碳的3-羟基丙酸循环代谢途径.ACCase与丙二酰辅酶A还原酶直接催化该循环的起始两步反应,合成代谢特征中间物3-羟基丙酸(3-HP).本文围绕参与脂肪酸从头合成和3-羟基丙酸循环的异质型ACCase,系统介绍和总结异质型ACCase组成差异、催化过程、亚基构象变化和表达调控特点,扩展对ACCase结构与功能多样性和分子进化的理解.同时描述了利用异质型ACCase工程改造合成3-HP,为绿色、高效生物合成3-HP提供理论依据和重要策略.     

产甘油重组大肠杆菌的构建及其耐高渗透压性能的测定

克隆了酿酒酵母(Saccharomyces cerevisiae) 中的3-磷酸甘油脱氢酶和3-磷酸甘油酯酶基因,通过融合PCR构建了双基因共表达载体,将酵母细胞内应答渗透压变化的甘油合成途径引入大肠杆菌（Escherichia coli）。以葡萄糖为底物对重组大肠杆菌进行摇瓶发酵培养,该重组菌的甘油产量为1g/L。渗透压胁迫测试证明该重组菌的耐渗透压性能较出发菌株有明显提高。     

过表达生长相关基因对肺炎克雷伯氏菌甘油代谢的影响

在肺炎克雷伯氏菌（Klebsiella pneumoniae）中过表达生长调控基因,以携带空载体的重组菌为对照,筛选生物量高且目标产物增加的重组菌。摇瓶发酵 24h后测定各重组菌的生物量、甘油消耗及代谢物产量。研究发现,与携带空载体的重组菌相比,过表达编码核糖ABC转运酶的rbsC基因可使生物量和甘油转化率分别提高16.08%和24.69%,1,3-丙二醇和2,3-丁二醇产量分别提高39.59%和19.79%;过表达tRNA核苷酸转移酶基因cca可使生物量和甘油转化率分别提高7.17%和19.16%,1,3-丙二醇和2,3-丁二醇产量分别提高36.24%和13.39%。研究结果表明刺激细菌生长可望促进目标产物的积累。     

3-羟基丙酸发酵液絮凝-脱色工艺研究

以絮凝率为指标,比较Ca(OH)_2、FeCl_3、Fe_2(SO_4)_3、聚丙烯酰胺、聚合氯化铝、硅藻土、壳聚糖-海藻酸钠和甲壳素等8种絮凝剂对3-羟基丙酸(3-HP)发酵液的絮凝效果,筛选出壳聚糖-海藻酸钠复合絮凝剂。观测絮凝前后菌体结构,探讨壳聚糖絮凝机制,考察壳聚糖用量、发酵液p H和搅拌时间对絮凝的影响;随后探究活性炭粒度、发酵液p H和时间等因素对脱色率的影响;通过正交试验确定3-HP发酵液预处理的最优工艺。结果表明:当复合絮凝剂中壳聚糖和海藻酸钠用量均为1.60 g/L,3-HP发酵液pH 7,搅拌时间20 min,静置30 min时,絮凝效果最佳,菌体絮凝率达99.10%,且3-HP损失率小于2.00%;当活性炭粒度小于150μm,用量5.00 g/L,接触时间30 min时,脱色效果最佳,脱色率达46.45%。     

基因工程菌Pichia pastoris连续培养的生长及抑制动力学

在同一稀释率μ（μ＝0．14h^-1）下用不同浓度的甘油流加进行连续培养,研究甘油浓度对基因工程菌毕赤酵母（Pichia pastori）生长的影响。结果表明甘油浓度对细胞生物量（DCW和WCW）、底物得率系数（Yx/s）、底物比消耗速率（qs）、呼吸熵（RQ）与二氧化碳释放率（CER）都有影响,在低甘油残留浓度（＜63．3g／L）下,甘油是激活剂,菌体生长符合Monod方程,Ks＝19．62g／L,甘油激活常数Ka＝19．45g／L;而在高甘油残留浓度（＞63．3g/L）下甘油是抑制剂,菌体生长特征符合Haldance方程,Ks＝0．014g／L,K1=156．67g／L。毕赤酵母生长的甘油抑制浓度为55．2g／L。     

budC敲除及ldhA过表达对Klebsiella pneumoniae合成D-乳酸的影响

为了提高K. pneumoniae中D-乳酸的合成效率,本文以BUD和LDH为改造目标,扩增丁二醇脱氢酶基因budC,并在其中插入四环素抗性基因tet,构建了基因敲除载体pTBT,转化K. pneumoniae,利用同源重组技术,敲除K. pneumoniae染色体上的budC基因,得到重组菌K. pneumonia B-;在此基础上,构建了表达载体pKP-ldhA,转化K. pneumoniae B-,过量表达乳酸脱氢酶基因ldhA,得到重组菌K. pneumoniae B-L+。摇瓶发酵结果显示,重组菌K. pneumoniae B-L+的丁二醇合成浓度比原始菌降低了90%以上,D-乳酸合成浓度比K. pneumoniae B-和原始菌分别提高了77.1%和41.4%,发酵罐实验D-乳酸产量68.4g/L,转化率0.78,生产强度1.22g/(L·h)。结果表明,敲除budC及过表达ldhA有利于改善克雷伯肺炎杆菌中D-乳酸的合成。     

盐生杜氏藻和衣藻双结构域NAD+-GPD基因的生物信息学分析

盐生杜氏藻（Dunaliella salina）是极端耐盐的单细胞真核绿藻,依赖于NAD的3－磷酸甘油脱氢酶（NAD+-GPD）是盐生杜氏藻调渗物质——甘油合成的关键酶.盐生杜氏藻NAD+-GPD基因是第一个被发现含双结构域（SerB和GPD）的GPD基因.而双结构域可能是盐生杜氏藻具有极强耐盐性和快速合成甘油的关键.通过与莱茵衣藻基因组数据库比对,发现莱茵衣藻（Chlamydomonas reinhardtii）中也存在具有SerB和GPD结构域的NAD+-GPD基因序列.在对两个物种NAD+-GPD基因的基因结构、mRNA组成成分、编码蛋白及其理化性质和编码蛋白结构的分析中,发现二者具有较高的相似性.针对目前仅在盐藻和衣藻中发现含SerB和GPD结构域的NAD+-GPD基因这一现象,分别对SerB和GPD结构域同源基因的系统进化进行了分析.     

过量表达鲁氏酵母耐盐基因GPDl对酿酒酵母的影响

GPDl是3撕酸甘油脱氢酶的编码基因,在酵母的耐盐通路中发挥着重要的作用．为了探讨耐盐酵母家族成员鲁氏酵母的GPDl对酿酒酵母的影响,本文利用分子生物学方法构建了质粒YEplacl95一GPDl,并将其转入到酿酒酵母菌株W303中,得到工程菌株WYS．研究发现在菌株WYS中过量表达鲁氏酵母的GPDl,其耐盐性、抗性及甘油产量均明显高于对照菌株wY,特别是在含盐量为18％的情况下菌株WYS甘油产量提高了14．35％．说明GPDl的过量表达是菌株耐盐性提高的重要原因．     

不同胁迫下盐生杜氏藻3-磷酸甘油脱氢酶基因表达及其与甘油合成的响应

在已克隆的盐藻（Dunaliella salina）3-磷酸甘油脱氢酶GPD基因的基础上,利用实时荧光定量PCR的方法,研究了经高盐、厌氧、磷酸盐以及氧化等不同外界胁迫条件下该基因的表达情况,并同时监测了盐藻细胞甘油合成的动态变化.对比酿酒酵母的GPD基因,发现D.salina GPD基因受高渗诱导,同时D.salina细胞内可能存在多个形式的GPD基因.     

克雷伯氏肺炎杆菌生产1,3-丙二醇代谢途径中的酶活变化

考察了不同条件下克雷伯氏肺炎杆菌(Klebsiella.pneumoniae)合成1,3-丙二醇(1,3-PD)的3种关键酶(甘油脱氢酶(GDH)、1,3-PD氧化还原酶(PDOR)及甘油脱水酶(GDHz))的表观酶活变化。结果显示:这3种酶的酶活变化与Klebsiella.pneumoniae的1,3-PD代谢不完全相关。用SDS-PAGE电泳分析上述不同发酵条件下酶活变化,结果显示不同于3种酶的蛋白条带,Mr约为4.0×104位置的蛋白条带有明显的变化,这可能与菌体代谢过程相关,结论有待进一步深入研究。     

基于全局转录工程促进肺炎克雷伯氏菌吡咯喹啉醌的生物合成

用易错PCR构建肺炎克雷伯氏菌(Klebsiella pneumoniae)RNA聚合酶rpoD基因的突变文库,将其与载体连接后转化肺炎克雷伯氏菌,从1500个阳性克隆中筛选出一株吡咯喹啉醌(PQQ)生产菌。发酵试验表明,该工程菌的PQQ产量为76mg/mL,比携带未突变rpoD基因的对照菌提高了10%。测序发现rpoD基因在核酸和蛋白质水平的突变率分别达到2.5%和0.5%。二级结构预测发现α螺旋、β转角和无规则卷曲数目均发生了变化,推测由此改变了σ因子与启动子的亲和程度,从而导致了PQQ基因的转录以及K. pneumoniae代谢流量再分配,使得PQQ得到更高效表达。