β-甘露聚糖酶基因在枯草芽孢杆菌中的克隆及表达

从Bacillus subtilis JNA 3-10中克隆出β-甘露聚糖酶基因成熟肽链编码序列manA1和含信号肽的β-甘露聚糖酶基因manA2,在B.subtilis 168中克隆表达,分别筛选获得高效分泌表达β-甘露聚糖酶的重组菌株BPM1001(pMA5-manA1/B.subtilis 168)和BPM1002(pMA5-manA2/B.subtilis 168),结果表明菌株BPM1002总酶活力是菌株BPM1001的9.65倍,是原始菌株的13.1倍.在基因manA2下游引入His序列克隆出β-甘露聚糖酶基因manA3,获得枯草芽孢杆菌168重组菌株BPM1003.采用Ni-NTA柱纯化重组菌株BPM1003分泌表达的β-甘露聚糖酶,并研究其酶学性质,该酶促反应的最适pH为6.5,最适温度为65℃,在37℃条件下保存一个月酶活力依然保留有77.8%.5 L发酵罐放大实验结果表明魔芋粉对于产β-甘露聚糖酶具有明显的诱导作用,酶活力最高可达2 748.82 U/mL.图9表3参19     

耐高温α-淀粉酶在溶源性枯草杆菌表达系统中的高效表达

构建了高效表达耐高温α-淀粉酶的枯草芽孢杆菌表达系统,并研究了该表达系统的主要特点.通过PCR扩增由地衣芽孢杆菌的基因组DNA分离高温淀粉酶基因后,将其克隆到质粒pSG703中.然后用pSG703质粒转化含温和性噬菌体φ105MU331的枯草芽孢杆菌,通过同源重组使高温淀粉酶基因插入到溶源性枯草芽孢杆菌的染色体上,并处于φ105MU331的强启动子下游.由于高温淀粉酶基因处于噬菌体的强启动子下游,在热诱导后可以实现高温淀粉酶的高效表达,诱导后8h内分泌到培养液中的高温淀粉酶活性可以达到9.58×103u/mL.本文构建的重组高温淀粉酶表达系统具有稳定、高效和杂蛋白分泌少的特点.图5参16     

产琥珀酸重组大肠杆菌的构建和发酵性能

琥珀酸是一种重要的化工产品,微生物发酵法生产琥珀酸具有广阔的应用前景.野生大肠杆菌厌氧发酵产物中琥珀酸含量低,且有大量副产物.为构建高产琥珀酸的重组大肠杆菌,阻断代谢旁路,利用Xer/dif重组酶系统对Escherichia coli CICIM B0013进行代谢途径的调控研究.结果显示,敲除了包括乙酸激酶和磷酸乙酰转移酶基因(ackA-pta)、乳酸脱氢酶基因(ldhA)、丙酮酸甲酸裂解酶基因(pflB)、乙醇脱氢酶基因(adhE)等琥珀酸合成竞争途径中关键酶基因的重组大肠杆菌菌株E.coli CICIM B0013-1040,其发酵液中琥珀酸成为主要产物得到积累;进一步对其PTS系统进行修饰并适当增强PEP羧化酶基因(ppc)表达剂量,成功获得一株具备较强琥珀酸生产能力的菌株E.coli CICIM B0013-1050(pTH-ppc),该菌株厌氧转化葡萄糖36 h,琥珀酸产量达到36.2 g/L,生产强度为1.01 g L-1 h-1,葡萄糖-琥珀酸转化率为64.3%,发酵液经高效液相色谱(HPLC)检测,无乳酸、乙酸、甲酸、乙醇生成.     

稳定代谢葡萄糖和木糖产乙醇的重组酿酒酵母工程菌初步构建

分别克隆了休哈塔假丝酵母(Candida shehatae)的木糖还原酶基因XYL1和热带假丝酵母(Candida tropicalis)的木糖醇脱氢酶基因XYL2,构建出重组表达质粒pACT2-xy11和pDR195-xy12,并使其分别转化酿酒酵母受体细胞.酶活测定结果显示,转化子中木糖还原酶和木糖醇脱氢酶均在宿主菌中得到活性表达.并将这两个基因连同各自重组表达质粒上的表达元件进行了克隆,进而构建出重组酵母染色体整合质粒YIp5.kanR-x12,以期今后通过同源重组的原理将上述基因整合到发酵性能良好的酿酒酵母基因组中,得到稳定代谢葡萄糖和木糖产乙醇的重组酵母菌株.图3表1参15     

一株多菌灵降解菌NY97-1的分子鉴定及GFP标记

用PCR方法扩增的多菌灵降解菌NY97-1的16SrDNA片段经TA克隆后,进行序列测定和BLAST同源序列比较分析,确定了其分类地位为短小芽孢杆菌(Bacilluspumilus,B.p).经BamHⅠ酶切的启动子探针载体pUC19-gfp与NY97-1基因组DNA的Sau3AⅠ酶切片段酶连,酶连产物转化E.coliDH5a,建立B.p的启动子基因文库.挑选其中的两个强阳性克隆,亚克隆来自短小芽孢杆菌总基因组的启动子活性片段F4、F5,构建大肠杆菌-短小芽孢杆菌穿梭表达载体pNW33N-F4-gfp、pNW33N-F5-gfp.通过电转化得到gfp在B.p中的两株标记菌株.在荧光显微镜下,观察到了明亮的绿色荧光,证明活性片段F4、F5均具有组成型启动子的功能,实现了gfp基因在B.p中组成型表达,且遗传稳定,为今后研究多菌灵降解菌B.p在自然环境中的定殖、分布及动态变化打下了基础.图3表2参20     

耐高温α-淀粉酶基因在枯草芽孢杆菌中的高效表达

高温α-淀粉酶是发酵行业用量最大的酶类,为了实现高温α-淀粉酶基因的高效表达,本研究比较了不同启动子对地衣芽孢杆菌的耐高温α-淀粉酶基因在枯草芽孢杆菌中表达的影响.分别用强启动子P43和地衣芽孢杆菌的耐高温α-淀粉酶基因自身启动子构建了表达载体pP43NMK-amy和pUBCl9-amy,并在枯草芽孢杆菌BacillussubtilislA752S中进行表达.结果表明,与地衣芽孢杆菌的耐高温α-淀粉酶基闪自身启动子相比,采用P43启动子的耐高温α-淀粉酶其表达水平提高了8.9倍.而且在枯草芽孢杆菌B.subtilislA752S中分泌表达的α-淀粉酶仍具有耐高温的特性,酶反应的最适温度为90℃,表明酶的热稳定性南蛋白质本身的氨基酸序列决定的.     

大肠杆菌磷酸果糖激酶基因在氧化硫硫杆菌Tt-7中的表达

专性自养极端嗜酸性氧化硫硫杆菌缺乏EMP、ED途径以及三羧酸循环的关键酶 (如磷酸果糖激酶等 ) ,不能氧化有机物获得能量 .本文利用PCR技术扩增E .coliK 12磷酸果糖激酶 1基因 (pfkA) ,将该基因与广泛寄主的IncQ质粒pJRD2 15连接构建重组质粒pSDK 1,该质粒可与pfk基因缺陷株E .coliDF10 10互补 .通过接合转移的方式将其导入氧化硫硫杆菌Tt 7中并得到表达 .pSDK 1在宿主Tt 7中有较好的稳定性 ,在无选择压力条件下连续传 5 0代仍可保留 75 % .酶活性测定表明 ,pSDK 1的pfkA基因在缺陷株E .coliDF10 10中表达水平〔(96 .6± 0 .6 6 )U/g蛋白〕略高于原始菌株E .coliK 12〔(85 .9± 1.12 )U/g蛋白〕 ;而在氧化硫硫杆菌中则以较低水平进行表达〔(12 .4± 0 .73)U/g蛋白〕 ,并且其表达水平不受培养基中葡萄糖的影响 .实验表明 ,在无机盐培养基中加入葡萄糖时 ,含质粒pSDK 1的氧化硫硫杆菌Tt 7可利用培养基中的葡萄糖而加快生长 ,而对照菌株的生长则未受明显影响 ;但是重组菌利用葡萄糖的速度较缓慢 .图 5表 2参 16     

促进氰钴胺素转化为腺苷钴胺素的基因表达与鉴定

辅酶B12作为甘油脱水酶(GDHt)的辅酶参与到Klebsiella pneumoniae代谢甘油生成1,3-丙二醇(1,3-PD)和3-羟基丙酸(3-HP)的途径中.前期研究表明底物甘油可以导致辅酶B12分子中Co—C键的断裂,进而引起GDHt的失活.为进一步研究非活性的维生素B12(CNCbI)转化为具有活性的辅酶B12(AdoCbI)的过程,从K.pneumoniae中克隆得到了ATP:钴(I)胺素腺苷转移酶(ACA)基因btuR和还原酶基因yciK,并成功构建了双启动子表达质粒pUC18-tac-btuR-tac-yciK,将表达质粒转化Escherichia coli JM109获得了一株重组菌.利用改进的分析方法,结果表明:1)重组蛋白具有腺苷转移酶的活性;2)重组菌可以很好地将非活性的钴胺素,如维生素B12,转化生成具有活性的辅酶B12.     

绿色荧光蛋白基因标记内生枯草芽孢杆菌

用枯草芽孢杆菌168菌株rpsD基因的启动子替换质粒pGFP4412中蜡状芽孢杆菌4412启动子,从而构建了能在枯草芽孢杆菌中表达绿色荧光蛋白基因gfpmut3a的载体pS4GFP,将其导入具有内生、防病、促生作用的野生型枯草芽孢杆菌BS-2菌株中,筛选获得遗传稳定性好且具有良好发光表型的标记菌株BS-2-gfp.该标记菌株在小白菜体内的定殖研究结果表明,该菌株能够在小白菜根际及根、茎、叶内定殖和传导,接菌50d后仍能在其体内分离到标记菌株.图5参17     

嗜热脂肪芽孢杆菌过氧化氢酶基因perA在大肠杆菌中的高效表达

利用PCR技术得到嗜热脂肪芽孢杆菌 (Bacillusstearothermophilus)过氧化氢酶基因 perA ,将该基因与表达载体 pKK2 2 3 3连接构建重组质粒pK perA ,转化大肠杆菌过氧化氢酶HPⅠ和HPⅡ双缺突变株UM 2 ,得到重组大肠杆菌UM 2 1.酶活测定结果表明 ,表达产物具有正常的生物学活性 .SDS PAGE电泳结果显示出明显的特异性表达条带 ,单体Mr =86× 10 3 ,与嗜热脂肪芽孢杆菌所产酶相同 .实验表明 ,重组质粒在宿主UM 2中有较好的稳定性 ,在无选择压力条件下传代 6 0次基本保持稳定 ,传代 10 0次重组质粒保留 80 %以上 .摇瓶实验确定重组菌的最佳表达条件为 :IPTG浓度 ,0 .75mmol/L ;诱导时间 3h ;培养基起始 pH 6 .5 ;诱导温度 37℃ ;装液量 5 0mL/ 2 5 0mL .在优化条件下 ,重组菌产生的过氧化氢酶占菌体总蛋白的 8% ,酶活力可达 35U/mL ,是原始菌株BacillusstearothermophilusIAM110 0 1的 11.7倍 .图 2表 1参 10     

Tet抗性铜绿假单胞菌接合转移pHN102方法研究

二亲本杂交实验通常要求受体菌不能携带有与质粒上相同的抗性.本次实验中受体菌铜绿假单胞菌(Pseudo-monas aeruginosa)和重组质粒pHN102都带有四环素(Tc)抗性.考虑到质粒pHN102导入受体菌后至少带有两个Tc抗性基因片段,转移接合子的抗性会增强,所以提高四环素浓度至20μg/mL,并利用pHN102上携带的luxAB发光酶基因标记受体菌筛选转移接合子,并设立对照菌株.通过抽提质粒、琼脂糖凝胶电泳检测,确定pHN102成功转入P.aeruginosa中.转移接合子经4次转接后,质粒仍可以稳定存在且能够稳定表达.P.aeruginosa(pHN102)的发光动力学曲线表明,加入底物20min后,发光强度趋于稳定.经液体培养稀释后进行发光度和活菌数测定,发现二者呈显著的线性关系(r=0.994).图4表2参6     

粘红酵母△12-脂肪酸脱氢酶基因的克隆和表达

Δ12-脂肪酸脱氢酶一般特异性催化在油酸的Δ12位引入双键转变成亚油酸.为了从粘红酵母YM25079中克隆全长Δ12-脂肪酸脱氢酶基因序列,参考已知的Δ12-脂肪酸脱氢酶基因序列设计基因特异性引物,通过PCR扩增获得到全长为1 353 bp的c DNA序列,序列分析结果表明该序列具有一个编码450个氨基酸的完整开放阅读框,所编码蛋白质的大小为50.9×103.与报道的Δ12-脂肪酸脱氢酶一样,推测的氨基酸序列具有膜整合脂肪酸脱氢酶特异性的3个组氨酸保守区,表明该序列为一个新的编码Δ12-脂肪酸脱氢酶的基因.为了验证其功能,把开放阅读框序列亚克隆到表达载体p YES3/CT,构建重组表达载体p YRGD12,并转化到酿酒酵母的缺陷型菌株INVScl进行表达.脂肪酸气相色谱(GC)分析表明,该序列所编码的蛋白质具有Δ12-脂肪酸脱氢酶活性,能将油酸转化为亚油酸,亚油酸的含量占酵母总脂肪酸的4.31%.以上结果表明,PCR所获得序列是新的Δ12-脂肪酸脱氢酶基因.     

葡萄糖脱氢酶基因的缺失对Acetobacter sp.碳源代谢及3-羟基丙酸合成的影响

3-羟基丙酸(3-HP)是一种新兴的高附加值平台化合物,醋酸杆菌(Acetobacter sp.)可高效催化1,3-丙二醇(1,3-PDO)合成3-HP,但其膜上脱氢酶亦可将葡萄糖氧化使培养液酸化,菌体生长受限导致生物量较低.利用同源重组技术对葡萄糖脱氢酶(GDH)基因gdh进行敲除,并考察该基因缺失对细胞生长、碳源代谢及3-HP合成的影响. gdh基因敲除后混合(葡萄糖、甘油)碳源培养条件下菌体量较野生菌提高了1.72倍;碳流分析显示葡萄糖在膜上被GDH氧化生成葡萄糖酸,大部分葡萄糖酸最终被氧化为2-酮基葡萄糖酸,少量经戊糖磷酸途径(PPP)途径被分解,而甘油经磷酸化后进入中心代谢途径或糖异生途径.本研究表明gdh基因敲除后混合碳源培养可大幅度提高菌体量且可以保证较高的催化合成3-HP性能,可为改善醋酸菌碳源利用及催化性能提供理论基础.     

地衣芽孢杆菌2709和 6816碱性蛋白酶基因在大肠杆菌中的克隆、表达及序列分析

用PCR方法从地衣芽孢杆菌 2 70 9和 6 816中扩增了碱性蛋白酶基因 (apr1和apr2 ) ,扩增的DNA片段插入到大肠杆菌载体 pET -2 8a中 ,构建成重组分泌型表达载体pAPR1、pAPR2 .pAPR1、pAPR2中碱性蛋白酶基因在大肠杆菌宿主JM 10 9(DE3)中得到表达 .SDS -PAGE分析显示融合表达产物的分子量均为 30 .5× 10 3 ,同核酸序列测定所推导的值相符 .表达产物分别占细胞总蛋白的 8.0 %和 7.5 % .2 70 9重组菌所得酶活为 12 10u/mL ,6 816重组菌所得酶活为 1175u/mL .研究发现 ,重组的碱性蛋白酶在进入大肠杆菌周质空间时可能存在前肽自动脱落的现象 .同时 ,对地衣芽孢杆菌 2 70 9碱性蛋白酶基因序列进行了测定和比较分析 ,发现与地衣芽孢杆菌 6 816碱性蛋白酶基因的同源性为 98% .图 5参 11     

质粒pACYC184电转化松材线虫携带的荧光假单胞菌GcM5－1A

以质粒pACYC184为材料,研究了松材线虫携带的荧光假单胞菌的最适电转化条件.结果表明,荧光假单胞菌GcM5-1A培养至D600nm为0.5时制备感受态细胞,以300 mmol/L蔗糖溶液为电击缓冲液,质粒DNA终浓度为0.01 ng/μL,在25 μF电容、9 kV/cm电场强度、200 Ω电阻的电击条件下电击一次,可得最大的电转化效率,即5.5×106/μg(DNA).SDS-PAGE分析显示,转化质粒pACYC184的氯霉素抗性基因在受体细胞内得到了表达.本方法的建立为松材线虫携带的荧光假单胞菌的基因导入提供技术支持.为进一步通过基因敲除的方法,选择性地失活特定功能基因,进而确定这些基因在松材线虫病病理进程中的作用奠定基础.图2参16     

离子液体[BMIm][PF6]增强抗性质粒RP4介导的接合转移基因mRNA的表达水平

环境中广泛存在的抗生素和抗生素抗性基因会导致很严重的人类健康风险。在我们前期研究中发现,离子液体1-丁基-3-甲基咪唑六氟磷酸盐([BMIm][PF6])作为环境选择性压力可以促进抗生素抗性基因的水平转移。本研究以E.coli DH5α(RP4)和同属的E.coli HB101,以及E.coli DH5α(RP4)和跨属的Salmonella enterica之间的纯菌接合转移体系为考察对象,从mRNA基因表达调控水平角度阐明离子液体[BMIm][PF6](0.001~2.5 g·L-1)影响质粒RP4接合转移的机理。结果表明,离子液体[BMIm][PF6]通过抑制基因kor A,kor B和trb A的mRNA表达水平来提高接合和跨膜转运基因trb Bp和trf Ap的表达;增强水平转移基因tra F的mRNA表达水平,并通过增强负调控基因kil A和kil B的mRNA表达水平抑制质粒的垂直传递过程;通过抑制基因trb K的mRNA表达水平降低接合转移体系的排斥效果,从而促进质粒RP4的接合转移。该结果有助于为抗生素抗性基因在环境中水平转移扩散的机理研究提供理论依据。     

嗜热脂肪土芽孢杆菌木聚糖酶基因的合成及其在大肠杆菌中的表达

来自嗜热脂肪土芽孢杆菌的木聚糖内切酶XT6在工业上有着重要的应用,已经成功应用于工业规模的生产试验.本文作者在合成XT6基因全序列的同时对其密码子进行了优化,且构建重组质粒在大肠杆菌中高表达.通过优化表达条件,功能正常的XT6基因在大肠杆菌中成功过量表达,蛋白表达量占细胞中总蛋白的65%.重组表达的木聚糖内切酶XT6特性和天然酶相似,以桦木木聚糖为底物测定细胞提取物中木聚糖酶活性,最大活性高达3 030 U/mL.本文首次报道了来自嗜热脂肪土芽孢杆菌中木聚糖酶基因全序列的合成和在大肠杆菌中成功过量表达.图6表1参19     

Ralstonia eutropha菌株镉抗性调节基因CzcR的克隆与序列测定

G-细菌镉抗性决定子是一个编码4个蛋白的CzcCBAD操纵子,参照GenBank已登录Czc基因序列进行引物设计,利用PCR技术,从可在含350mg/LCdCl2的培养基上生长的抗镉菌株Ralstoniaeutropha质粒中,扩增出长度约为1200bp的革兰氏阴性细菌镉抗性系统中的抗性调节基因CzcR,然后将其亚克隆到pGEM-T-easy载体上,并转化至受体菌中,构建重组质粒,采用碱性裂解法提取质粒DNA后,经EcoRI酶切分析和核苷酸序列分析,其与GenBank中登录的CzcR基因序列相似性高达98%,显示其具有正确的CzcR基因核苷酸序列。镉抗性基因的获得将大大推动对微生物抗重金属机理的研究,并为进一步构建耐镉基因工程菌,高效净化重金属污染环境打下坚实的基础。     

利用 S-层蛋白CTC在苏云金芽胞杆菌细胞表面展示鸡毒霉形体粘附素蛋白

利用苏云金芽胞杆菌S-层蛋白CTC表面展示系统研究在细胞表面展示鸡毒霉形体粘附素蛋白PMGA1.2的可行性及其免疫原性,为研制能常温长期保藏和运输的禽用口服疫苗奠定基础.用部分pmga1.2基因(pmga1.2p)代替S-层蛋白ctc基因中部且位于表面锚定序列slh下游的片段,构建了2个融合基因ctc-pmga1.2p和csa-ctc-pmga1.2p(csa表csaAB操纵元,其与S-层蛋白牢固地锚定到细胞表面密切相关);将含融合基因的重组质粒电转化入苏云金芽胞杆菌无质粒突变株BMB171中,获得了2个重组菌株BCCG(含ctc-pmga1.2p和携带csaAB操纵元的质粒)和CG(含csa-ctc-pmga1.2p).血凝和血凝抑制试验结果显示,2个重组菌株均成功地在细胞表面展示了重组蛋白PMGA1.2P;小鼠免疫学实验证实,2个重组菌株所展示的重组蛋白均具有免疫原性,其中,重组菌株CG的免疫效果优于BCCG.结果表明,苏云金芽胞杆菌S-层蛋白CTC表面展示系统可被用来研制热稳定性禽用口服疫苗.     

产1,3-丙二醇新型基因工程菌的构建

以甘油为底物转化生产1,3-丙二醇的生物合成途径中,往往由于还原力NADH的不足,限制了1,3-丙二醇的合成,引起中间代谢产物3-羟基丙醛累积,进而抑制甘油脱水酶的活性,阻碍菌体的生长,严重影响1,3-丙二醇的合成途径.为了解决合成途径中还原力不足这一主要矛盾,本文以大肠杆菌和克雷伯氏菌染色体DNA为模板克隆得到yqhD和dhaB、dhaT基因,构建双启动子表达载体pEtac-dhaB-tac-yqhD及表达载体pUC-tac-dhaT,成功共转入E.coli JM109,得到可利用两种辅酶(NADH、NADPH)将片油转化为1,3-丙二醇且传代稳定的重组大肠杆菌双质粒系统,发酵结果表明,1,3-丙二醇产量提高了28.6%.图6表1参17