强化丙酮酸-CO2途径对克雷伯氏菌合成1,3-丙二醇的影响

克雷伯氏菌(Klebsiella pneumoniae)中辅酶NADH的有效供给影响1,3-丙二醇的产量和得率,通过在K.pneumoniae强化丙酮酸-CO2途径,以提高胞内NADH水平和1,3-丙二醇产量.将来源于酿酒酵母(Saccharomyces cerevisiae W3 03)的甲酸脱氢酶基因fdh1和K.pneumoniae的丙酮酸甲酸裂解酶基因pfl B在K.pneumoniae中过表达,强化丙酮酸-甲酸-CO2途径.结果显示,单独表达fd h1、pfl B和共表达fhd1、pfl B基因的克雷伯氏菌与出发菌株相比,胞内NADH含量明显增加,1,3-丙二醇产量分别提高了8%、12%、18%,摩尔转化率分别提高了7.3%、13.2%、19.5%,除乙酸外其他副产物都有不同程度的降低.本研究表明,强化丙酮酸-甲酸-CO2途径提高了NADH的再生效率,促进了1,3-丙二醇的合成.     

产1,3-丙二醇温控重组大肠杆菌JM109(pBV220-yqhD-dhaB)的构建

1,3-丙二醇(1,3-PD)是一种重要的化工原料,其最重要的用途是作为合成聚酯PTT的单体.由于微生物发酵法生产1,3-PD具有操作简单,不易产生有毒副产物等特点,已得到广泛关注.本研究在前期工作的基础上,分别获得了来源于肺炎克雷伯氏菌的甘油脱水酶编码基因dhaB和来源于大肠杆菌的1,3-PD氧化还原酶同工酶编码基因yqhD,利用温控表达载体pBV220串联构建了重组质粒pBV220-yqhD-dhaB,将其转化大肠杆菌得到产1,3-丙二醇温控重组大肠杆菌JM109(pBV220-yqhD-dhaB).该重组菌在LB培养基中,30℃好氧培养12 h至对数生长中期,再经42℃好氧诱导发酵4 h,测得胞内甘油脱水酶和1,3-丙二醇氧化还原酶同工酶的酶活力分别达到260 U/mg蛋白和140U/mg蛋白;在含甘油40 g/L的发酵培养基中,30℃好氧培养12 h至对数生长中期,再经42℃好氧诱导发酵4 h,测得发酵液中1,3-PD含量为8.5 g/L.这将为进一步构建基因工程菌生产1,3-PD打下坚实的基础.图6表1参18     

budC缺失对克雷伯氏菌联产3-羟基丙酸和1,3-丙二醇的影响

在利用克雷伯氏菌(Klebsiella pneumoniae)联产3-羟基丙酸和1,3-丙二醇过程中,副产物对碳流的竞争是限制产物合成的重要因素.通过将来源于大肠杆菌的醛脱氢酶基因在budC缺失型克雷伯氏菌中过表达,研究budC缺失对克雷伯氏菌联产1,3-丙二醇和3-羟基丙酸的影响.与K.pneumoniae ZG27/pUC19-aldH相比,缺失型菌株K.pneumoniae ZG40(budC?)/pUC19-aldH发酵60 h后,1,3-丙二醇和3-羟基丙酸的产量分别为64.0 mmol/L和134 mmol/L,3-羟基丙酸转化率提高了22%,副产物中除2,3-丁二醇外均有不同程度降低.本研究表明,过表达醛脱氢酶的重组克雷伯氏菌能够积累3-羟基丙酸,但在微氧发酵24 h后,1,3-丙二醇逐渐向3-羟基丙酸转化;而budC的缺失进一步促进了1,3-丙二醇向3-羟基丙酸的转化.     

基于回补途径的TCA循环改造对克雷伯氏菌生长和甘油代谢的影响

回补途径和TCA循环在克雷伯氏菌(Klebsiella pneumoniae)的中心代谢中扮演着十分重要的角色.通过过表达回补途径的关键酶磷酸烯醇式丙酮酸羧化酶(PPC)和柠檬酸(TCA)循环的关键酶柠檬酸合成酶(GLTA)将磷酸烯醇式丙酮酸(PEP)和乙酰辅酶A节点的碳流引入TCA循环,以考察基于回补途径的TCA循环强化对K. pneumoniae生长和甘油代谢的影响.结果显示:单独过表达ppc或gltA基因,TCA循环还原和氧化分支的中间代谢产物琥珀酸和α-酮戊二酸分别增加了8.3倍和1.2倍,甘油利用能力明显增强,除2,3-丁二醇外,其他副产物积累量均有所下降,但1,3-PDO产量分别降低了23.3%、5.9%.共表达ppc和gltA基因后,与对照菌相比,生物量降低了35.7%,甘油利用能力进一步增强,1,3-丙二醇产量提高了10.2%,所有副产物积累量均有所减少;与单独过表达ppc或gltA基因相比,乙醇、乳酸、乙酸积累量未有明显变化,但生物量略有提高,2,3-丁二醇积累量显著降低.上述结果表明通过共表达磷酸烯醇式丙酮酸羧化酶和柠檬酸合成酶强化TCA循环能够提高菌株的甘油利用能力,弱化副产物合成,强化1,3-丙二醇的合成.(图4表2参19)     

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.     

产甘油假丝酵母甘油分解代谢CgGCY1、CgGCY2和CgDAK基因的克隆、敲除及其功能

产甘油假丝酵母(Candida glycerinogenes)能够利用甘油大量生长菌体而无有机酸、醇等代谢物积累,是潜在的优良宿主细胞.为了解C.glycerinogenes甘油分解代谢途径,成功克隆得到二羟基丙酮(DHA)途径的编码基因Cg GCY1、Cg GCY2和Cg DAK.利用"Ura-Blaster"敲除盒分别构建的缺失突变菌Cggcy1?/gcy2?和Cgdak?均不能在甘油培养基中生长.q RT-PCR及酶活测定结果显示,与葡萄糖培养相比,甘油培养下细胞通过强化糖异生、HMP途径积累生物量,下调EMP途径和副产物合成关键酶表达以弱化有机酸、醇的合成,同时上调TCA循环以补偿EMP途径下调带来的能量和还原力不足,使得生物量提高24.5%而不积累有机酸、醇等代谢物.以甘油为共底物进行木糖发酵,木糖醇产量和转化率达到39.4 g/L和89%,与葡萄糖为共底物相比分别提高了79%和32.8%.本研究表明C.glycerinogenes甘油分解代谢仅依赖于DHA途径,以甘油为共底物更有利于木糖醇的合成和转化;结果可为代谢改造C.glycerinogenes以甘油为共底物合成高附加值化合物打下基础.     

克雷伯氏菌产1,3-丙二醇菌株选育及甘油脱水酶基因转录分析

通过对野生克雷伯氏菌(Klebsiella)进行紫外诱变,获得一株耐高浓度甘油及高浓度1,3-丙二醇的突变菌株A-39-3,该突变株产1,3-丙二醇的量较野生菌株提高了58%,副产物2,3-丁二醇和乙醇的量分别降低了27%和19%.为探讨突变株高产1,3-丙二醇的原因,通过对突变菌株发酵过程中关键酶的酶活跟踪分析,发现1,3-丙二醇氧化还原酶(PDOR)的酶活力与野生菌株相差不大,甘油脱氢酶(GDH)的酶活力略有下降,而突变菌株的甘油脱水酶(GDHt)的酶活力明显高于野生菌株.并采用半定量RT-PCR方法,从转录水平上比较甘油脱水酶基因的差异,结果发现突变菌株A-39-3甘油脱水酶基因的相对mRNA转录水平是野生菌株K的2.58倍,分析说明该突变株1,3-丙二醇产量的提高与关键酶基因dhaB的mRNA转录水平关系密切.     

盐生杜氏藻3-磷酸甘油脱氢酶不同结构域蛋白的表达纯化及其抗体的制备与分析

盐生杜氏藻(Dunaliella salina)是迄今为止世界上发现的最耐盐的真核光合生物,而甘油是盐藻用于调节细胞内外渗透压变化的关键调渗物质.3-磷酸甘油脱氢酶(GPDH)是盐生杜氏藻甘油合成途径中的关键酶.与已经报道的其它物种的GPDH基因不同,盐生杜氏藻3-磷酸甘油脱氢酶(Ds.GPDH)基因具有两个独立的功能结构域,即丝氨酸磷酸化酶结构域(SGPP domain)和3-磷酸甘油脱氢酶结构域(GPD domain).本实验在已克隆的Ds.GPDH2基因的基础上,以含GPDH2全基因序列的T质粒载体(pMD18-T-GPDH2)为模板,PCR扩增分别得到两个单结构域片段(SGPP与GPD),以及双结构域片段(GPDH),构建了pET32a-SGPP、pET32a-GPD和pET32a-GPDH三种原核表达载体,并在大肠杆菌中成功表达.纯化蛋白制备抗原,制备出3个多克隆抗体.Western Blot和交叉反应分析显示通过重组蛋白制备的多克隆抗体具有很高的特异性.图7参16     

产甘油假丝酵母补料发酵中的甘油合成衰减

为揭示产甘油假丝酵母Candida glycerinogenes补料发酵后甘油合成衰减机理,以指导甘油合成及菌株改造,对补料发酵后甘油的生成情况、葡萄糖的消耗情况、细胞内的代谢流量变化以及代谢途径关键酶活力变化进行了研究.结果表明,补料发酵后葡萄糖的代谢流量分布发生变化,流向HMP途径和甘油合成途径的流量分别降低48%和33%,更多的碳流通过EMP途径形成副产物;胞浆3-磷酸甘油脱氢酶(ctGPD)和6-磷酸葡萄糖脱氢酶(G6PDH)的活力下降,而丙酮酸激酶(PYK)活力上升.补料发酵后甘油合成关键酶ctGPD酶活力低下,流向甘油合成途径的碳流减小,还原力供给受影响,这些因素共同作用引起了补料发酵后甘油合成的衰减.     

罗伊氏乳杆菌中甘油脱水酶的催化特性及原位再激活

对罗伊氏乳杆菌(Lactobacillus reuteri)全细胞和粗酶液催化转化甘油和1,2-丙二醇进行比较,分析其底物转化特性;使用有机溶剂制备通透细胞,外源添加辅酶B12和ATP,探索L.reuteri胞内甘油脱水酶再激活机制.L.reuteri胞内存在依赖于辅酶B12的甘油脱水酶,1,2-丙二醇不会使甘油脱水酶全酶失活,而甘油会使全酶失活;其最适温度和最适pH分别为37℃和6.2;获得了制备L.reuteri通透细胞的最佳条件;向通透细胞添加辅酶B12和ATP均能促进甘油脱水酶催化甘油转化,辅酶B12仅与甘油脱水酶单酶结合形成具催化活性的全酶,而ATP能协助失活辅酶脱离全酶和失活辅酶再激活过程.L.reuteri与Klebsiella pneumoniae类似,胞内存在甘油脱水酶再激活机制,但来源于二者的甘油脱水酶氨基酸序列同源性较低.来源于L.reuteri的甘油脱水酶是典型的依赖于辅酶B12的甘油脱水酶,尽管其序列同源性与来源于K.pneumoniae、Citrobacter freundii的甘油脱水酶差异较大,但在胞内同样存在甘油脱水酶再激活机制,可利用该机制实现胞内甘油脱水酶原位再激活,进而达到重复利用的目的.     

Isolation of a strain that degrades 1,2,4-trichlorobenzene and characterization of its degradative plasmid

The genetic information encoding metabolic pathways for xenobiotic compounds in bacteria often resides on catabolic plasmids. The aim of the present work was to know the location of the genes for degrading 1,2,4-trichlorobenzen. In this paper a 1,2,4-trichlorobenzene-degrading strain THSL-1 was isolated from the soil of Tianjin Chemical Plant using 1,2,4-trichlorobenzene as the sole carbon source. The strain was identified as Pseudomonas stutzeri through morphologic survey and 16S rDNA sequence determination. A plasmid was discovered from strain THSL-1 by using the alkali lysis method. When the plasmid was transformed into E. coli. JM109 by the CaCl2 method, the transformant could grow using 1,2,4-trichlorobenzene as the sole carbon source and had the degradation function of 1,2,4-trichlorobenzene. Therefore, it could be deemed that the plasmid carried the degradative genes of 1,2,4-trichlorobenzene. The average size of the plasmid was finally determined to be 40.2 Kb using selectively three kinds of restricted inscribed enzymes (HindIII, BamHI, and XholI) for single cutting and double cutting the plasmid pTHSL-1, respectively.     

Isolation of a Pseudomonas Stutzeri strain that degrades 1,2,4-trichlorobenzene and characterization of its degradative plasmid

The genetic information encoding metabolic pathways for xenobiotic compounds in bacteria often resides on catabolic plasmids. The aim of the present work was to know the location of the genes for degrading 1,2,4-trichlorobenzen. In this paper a 1,2,4-trichlorobenzene-degrading strain THSL-1 was isolated from the soil of Tianjin Chemical Plant using 1,2,4-trichlorobenzene as the sole carbon source. The strain was identified as Pseudomonas stutzeri through morphologic survey and 16S rDNA sequence determination. A plasmid was discovered from strain THSL-1 by using the alkali lysis method. When the plasmid was transformed into E. coli. JM109 by the CaCl₂ method, the transformant could grow using 1,2,4-trichlorobenzene as the sole carbon source and had the degradation function of 1,2,4-trichlorobenzene. Therefore, it could be deemed that the plasmid carried the degradative genes of 1,2,4-trichlorobenzene. The average size of the plasmid was finally determined to be 40.2 Kb using selectively three kinds of restricted inscribed enzymes (HindIII, BamHI, and XholI) for single cutting and double cutting the plasmid pTHSL-1, respectively.     

邻苯二酚2,3-双加氧酶基因克隆、定位和高效表达

采用特异性引物，以菲、芘降解菌株ZL5的代谢性质粒为模板，扩增出邻苯二酚2，3—双加氧酶(C23O)基因，将该基因和表达载体pET—30a( )连接，转化E.coli JM109(DE3)，获得了高效表达的转化子，SDS—PAGE结果表明，转化子的C23O蛋白不仅在细胞内存在，而且能被分泌到胞外，薄层扫描显示，转化子细胞内和细胞外表达蛋白总量占细胞总蛋白的42％，酶活分析表明，分布在转化子细胞内、外的表达蛋白都具有较高的C23O比活力，Southern杂交将菌株ZL5的C23O基因定位在内生质粒的不同酶切片段上。图5表1参12。     

木聚糖酶基因xynB在不同大肠杆菌表达系统中的表达比较

从黑曲霉(Aspergillus niger)nl-1中克隆获得木聚糖酶基因xynB.该基因全长745 bp,含有67 bp内含子,与公布的黑曲霉xynB基因有较高的同源性.将PCR扩增的木聚糖酶成熟肽基因和含有信号肽的基因分别连接到表达载体肠杆菌Top10 F’、DH10B和两种BL21宿主中获得重组菌株.通过IPTG诱导,xynB基因在重组菌株中获得特异性表达.表达产物以胞内可溶性蛋白和不溶性包涵体形式存在.诱导4 h,重组菌株pTrc-99a-xynB[BL21 condon plus(DE3)]表达量最高,胞内酶活达到299 IU/L.重组质粒pTrc-99a-xyn B(S)在不同宿主胞内和胞外均能分泌目的蛋白,诱导10 h,胞外酶活pTrc-99a-xynB(S)[BL21 condon plus(DE3)]达到347 IU/L.而pET-20b-xynB(S)在两种BL21宿主中均不表达.经SDS-PAGE分析,以pTrc-99a和pET-20b作为表达载体时,重组蛋白相对分子质量分别约为45×103和30×103.与pET-20b相比,pTrc-99a以及自身信号肽的引导更有利于重组木聚糖酶的表达.     

微生物对生物柴油副产物甘油的利用研究进展

许多微生物都可以利用甘油生产有价值的产品,因此微生物转化生物柴油废料中的粗甘油是解决副产物污染及提高经济效益的途径之一.本文综述了微生物转化甘油为1,3-丙二醇、丙酸、二羟基丙酮、丁醇等产品的研究,主要从微生物种类、产品的产量和转化率以及产品提取工艺等方面进行介绍和总结,并对今后如何利用生物柴油废液中的粗甘油为原料进行微生物发酵生产有价值的产品提出了设想.     

大肠杆菌JM105中硝酸盐还原酶的制备及其性质

近年来,硝酸盐和亚硝酸盐的污染已引起普遍关注。目前,蔬菜和粮食的NO3-含量过高主要由于农药和化肥的使用、工业废水或生活污水灌溉等,食品类主要来自腌制食品和食品添加剂或防腐剂等。另外,向乳制品或食品中参碱、食盐、化肥、脏水、碱性水等也是硝酸盐污染的来源之一。因此,迫切需要快速、简便、可用于现场的硝酸盐检测方法。这就需仰赖生物酶方法,而生物酶方法的关键是酶制剂的制备和检测方法的建立。本研究通过筛选、厌氧和硝酸盐诱导培养、超声波细胞破碎和差速离心提取等方法,从大肠杆菌(Escherichia coli)JM105细胞膜中制备了硝酸盐还原酶并对其性质进行了研究。结果表明:从大肠杆菌JM105中制得的酶制剂活力很高,且在酶过量的情况下可将NO3-完全转化为NO2-,在用磷酸缓冲液清洗并冷冻保藏过夜后不含有亚硝酸盐还原酶。在加入黄素单核苷酸辅酶(FMN)后,该酶的活力可提高64%,比活力达0.42U·mg-1蛋白。该酶十分稳定,在40℃下24h活力无影响,在浓度为1mmol·L-1的Cu2 、Fe3 、Ca2 、Zn2 、Mg2 和Mo6 存在下,其活力亦不改变。因此,该酶可用于测定食品、蔬菜和环境中硝酸盐的含量。     

湖流域土壤微生物基因组总DNA分离纯化及其质粒文库的初步构建

采用研磨／冻融和SDV蛋白酶K热处理以及CTAB处理等理化方法，直接从太湖流域土壤样品中抽提得到微生物总基因组DNA，所得粗DNA用透析袋法以及Nucleaotrap suspension DNA纯化试剂盒进行了纯化，纯化过的DNA能够满是常用限制性内切酶酶切、细菌16S rDNA通用引物和随机引物进行PCR扩增的要求，将所得纯品DNA经过EcoRI部分酶切之后与酶切并脱磷酸的pSK^ 空载体连接，再以大肠杆菌JM109为宿主细胞初步构建了土壤微生物基因组文库，图6参7     

荧光假单胞菌高效广谱载体的构建及分析

为促进高GC含量基因在荧光假单胞菌(Pseudomonas fluorescens)中表达效果更加理想、操作更加简便,本研究首先采用不依赖基因序列和连接反应的克隆(Sequence and ligation independent cloning,SLIC)方法将载体pCIBhis上与复制相关的序列和标记基因片段构建成克隆载体pCIBS1.然后优化荧光假单胞菌转化方法,用电转化法将pCIBS1导入荧光假单胞菌BL915中,随后又将T7和tac基因启动子分别插入pCIBS1中,成功构建了表达载体pCIBS3和pCIBS2.研究发现载体pCIBS1在大肠杆菌和荧光假单胞菌中均较为稳定,并且将绿色荧光蛋白基因插入表达载体中,在大肠杆菌BL21(DE3)中获得表达,验证了表达载体功能.本研究构建的表达载体和建立的荧光假单胞菌BL915电转化方法,为高GC含量基因在荧光假单胞菌中的表达奠定了基础.     

纳豆激酶原核表达载体的构建及其活性鉴定

利用引物搭桥的方法,经PCR扩增,获得了纳豆激酶成熟肽基因(NK),从而构建了大肠杆菌表达质粒NK/pTWIN1,NK/PET32a及NK/PML-c2x,经分别转化宿主菌ER2566,BL21和ER2566,获得了转纳豆激酶基因重组菌.结果表明,NK/pTWIN1-ER2566和NK/PET32a-BL21的纳豆激酶蛋白表达量较高.本研究选用NK/pTWIN1-ER2566作为表达菌株,对其进行发酵表达.SDS-PAGE显示,目的蛋白约占菌体总蛋白的36%,该蛋白是以包涵体形式存在的.包涵体经收集、蛋白变性及复性,并经过SP Sepharose分离纯化,得到了纯化的纳豆激酶蛋白,琼脂糖-纤维蛋白平板法测出1mg纳豆激酶干粉的溶栓活性相当于600u尿激酶.本文从基因工程角度研究纳豆激酶基因的克隆、表达及纯化,为利用基因工程菌生产纳豆激酶奠定了基础.图5表1参11