构建重组枯草芽孢杆菌催化制备D-对羟基苯甘氨酸

目的: 在Bacillus subtilis中表达异源D-海因酶基因(hyd)和D-氨甲酰水解酶基因(adc),构建重组细胞作为催化剂,用于生产D-对羟基苯甘氨酸(D-HPG)。方法: 构建hyd表达质粒,考察培养基中二价金属离子对D-海因酶活性的影响。过表达acoR基因,考察AcoR蛋白胞内水平与P_acoA-hyd基因拷贝数的关系。筛选表达adc基因的启动子,构建hyd和adc基因共表达质粒,考察双酶活性菌株的催化特性。结果: 成功构建了海因酶表达质粒pHPS和pUBS,培养基中添加0.8mmol/L的MnCl₂·4H₂O,使168N/pUBS菌株的D-海因酶活性达到956U/gDCW。整合表达P_cdd-acoR基因,使LSL02/pUBS菌株的D-海因酶活性达到1 470U/gDCW。单拷贝P_AE-adc基因的表达水平相对最高。双酶共表达质粒pUBSC被成功构建,菌株LSL02/pUBSC的最适催化温度为40℃45℃,催化活性能够持续12h,当底物起始浓度为20g/L时,反应12h生成的D-HPG达到14.32g/L,转化率达到95%,收率超过80%。结论: 构建具有D-海因酶和D-氨甲酰水解酶双酶活性的重组Bacillus subtilis作为全细胞催化剂,用于海因酶法生产D-HPG,具有技术上的可行性和优势。     

枯草芽孢杆菌感受态研究新进展

在枯草芽孢杆菌中,感受态的形成受到一种二元信号转导系统的调节,这种系统对胞外的感受态信息素浓度作出感应而激活晚期感受态基因的表达。各种晚期感受态蛋白分别负责外源DNA的吸附、吸收和内源化,它们共同构成了DNA的运输系统。初步探讨了枯草芽孢杆菌感受态调节在细胞生长和进化中的意义。     

细菌质粒的消除

利用化学消除剂或改变生长条件可以消除细菌中的质粒,除宿主菌的特性及其所含质粒分子量大小之外,消除率还与消除剂浓度,作用时间有关,嵌合染料适用于消除大肠杆菌中的质粒,十二烷基硫酸钠对具有性纤毛的细菌作用效果较好,适当提高培养温度可消除一些细菌中的质粒,胸腺嘧啶限量法仅适用于其营养缺陷菌株的质粒消除,利用原生质体的形成与再生及反复冻融菌体均可消除细菌中的质粒。     

hprK基因敲除及对其枯草芽孢杆菌核黄素发酵的影响

枯草芽孢杆菌在葡萄糖丰富的环境中,胞内糖分解代谢物浓度的提高将引起碳分解代谢物阻遏效应(CCR)及糖吸收的抑制,对核黄素等发酵过程产生不利影响。通过缺陷细胞的分解代谢物控制蛋白A(CcpA)可以解除CCR效应,但不能解除糖吸收的抑制。磷酸烯醇式丙酮酸-糖磷酸转移酶系统(PTS)是枯草芽孢杆菌主要的糖吸收方式,HPr蛋白和双功能的HPr激酶/HPr-Ser46-P磷酸酶(HprK/P)参与PTS系统的调控。在葡萄糖丰富的条件下,HprK/P的激酶活性受1,6-二磷酸果糖激活,催化HPr蛋白46位丝氨酸残基磷酸化,形成HPr-Ser46-P。HPr-Ser46-P抑制某些碳源透过酶基因的表达;同时HPr-Ser46-P难以被酶Ⅰ在His15磷酸化,不能在PTS系统中发挥转移磷酸基团的作用,使细胞的糖吸收受到抑制。在CcpA缺陷的背景下,敲除核黄素生产菌株B.subtilis24A1/pMX45的HprK/P编码基因hprK,构建了CcpA和HprK/P双缺陷的重组菌B.subtilisZHc/pMX45。摇瓶发酵显示,B.subtilisZHc/pMX45核黄素发酵的最适葡萄糖浓度由24A1/pMX45的8%提高到10%;核黄素产量达到4.374mg/mL,比24A1/pMX45提高了19.2%。结果表明,CcpA和HprK/P的双缺陷可有效解除高浓度葡萄糖所引起的CCR效应和糖吸收抑制,有助于提高细胞对葡萄糖的耐受力,并提高核黄素产量。     

细菌质粒的消除*

利用化学消除剂或改变生长条件可以消除细菌中的质粒。除宿主菌的特性及其所含质粒分子量大小之外 ,消除率还与消除剂浓度、作用时间有关。嵌合染料适用于消除大肠杆菌中的质粒。十二烷基硫酸钠对具有性纤毛的细菌作用效果较好。适当提高培养温度可消除一些细菌中的质粒 ,胸腺嘧啶限量法仅适用于其营养缺陷型菌株的质粒消除。利用原生质体的形成与再生及反复冻融菌体均可消除细菌中的质粒。     

枯草芽孢杆菌表达和分泌异源蛋白的研究进展

枯草芽孢杆菌是一种广泛应用于基础研究和工业生产的重要模式菌株,具有无致病性、蛋白分泌能力强、遗传背景清晰等多种优势,是生产异源蛋白的理想宿主。目前已有诸多异源蛋白在枯草芽孢杆菌中实现表达和分泌,其中包括淀粉酶、β-半乳糖苷酶和蛋白酶等有价值的工业酶。本文从异源蛋白表达和分泌的关键步骤出发,总结了枯草芽孢杆菌生产异源蛋白的传统策略和最新技术。除此之外,分析了当前研究存在的瓶颈并对如何提高异源蛋白产量提出了新的建议和策略。     

枯草芽孢杆菌基因修饰生产核黄素

【目的】研究枯草芽孢杆菌核黄素合成途径、木糖代谢相关基因修饰对核黄素合成的影响。【方法】单独过表达或共同过表达核黄素操纵子中的基因、过表达木糖代谢相关基因构建相应的重组菌株。通过测定和比较重组菌株摇瓶发酵的核黄素产量和生物量,表征各个基因修饰的效应。采用摇瓶和5 L罐发酵,考察木糖作为主要碳源以及木糖与蔗糖共代谢对核黄素发酵的影响。【结果】ribA基因单独过表达,使核黄素产量提高99%,但生物量降低30%,出现细胞自溶现象。ribA-ribH基因共表达,使核黄素产量提高280%,并且无细胞自溶和生物量下降现象。1.5%蔗糖与6.5%木糖作为碳源,5 L发酵罐发酵70 h,核黄素产量达到3.6 g/L,与8%蔗糖为碳源的发酵相比,核黄素产量提高80%。木糖代谢相关基因过表达,均明显降低核黄素产量。【结论】与ribA基因单独过表达相比,ribA-ribH基因共表达可有效避免细胞自溶现象,并能进一步提高核黄素产量。蔗糖与木糖共代谢,能够改善前体物供给,有利于提高核黄素产量。     

蜡样芽孢杆菌ATCC14579核黄素操纵子的克隆及在枯草芽孢杆菌中的表达

利用BLAST从B．cereus ATCC14579的基因组中找到一段与枯草芽孢杆茵核黄素操纵子具有较高相似性的4．6kb大小的基因组DNA片段,该片段中含有完整的核黄素操纵子。该操纵子结构基因的编码产物的氨基酸序列与枯草芽孢杆菌核黄素操纵子相应结构基因的编码产物的氨基酸序列具有99％的同源性。该片段被克隆到大肠杆茵一枯草芽孢杆茵穿梭载体pHP13M中。表达分析的结果表明B．cereus ATCC14579核黄素操纵子可在大肠杆茵和枯草芽孢杆菌中表达。利用PCR方法用来自枯草杆菌的sac B基因的启动子替换B．cereus ATCC14579核黄素操纵子原有的启动子使其更好表达。替换启动子后的核黄素操纵子在本文使用的发酵条件下有较好的表达,核黄素产量从39．5mg／L增加到61．7mg/L.     

异源D-海因酶和N-氨甲酰水解酶共表达重组枯草芽孢杆菌的构建

【目的】构建异源D-海因酶和N-氨甲酰水解酶共表达的重组枯草芽孢杆菌,探讨其作为全细胞催化剂合成D-对羟基苯甘氨酸的可行性。【方法】采用P_(aco)表达盒表达D-海因酶基因hyd或sd1,采用P_(AE)表达盒表达N-氨甲酰水解酶基因adc。分别以质粒pHP13和pUB110为载体,构建D-海因酶和N-氨甲酰水解酶共表达质粒pHCS、pHCY和pUCS。在受体菌中整合表达了acoR和sigL基因,敲除了skf和sdp基因。将共表达质粒分别转化不同的受体菌,通过测定全细胞催化活性,表征D-海因酶和N-氨甲酰水解酶共表达的效果。【结果】带有质粒pHCY和pHCS的重组菌,全细胞催化活性分别为0.21 U/mL和0.31 U/mL。整合表达acoR和sigL基因以及高拷贝质粒pUCS,使全细胞催化活性达到1.0 U/mL。【结论】异源D-海因酶和N-氨甲酰水解酶在枯草芽孢杆菌中能够正确表达。基因拷贝数、acoR和sigL基因表达水平,及skf和sdp基因缺失对重组菌的催化活性具有显著影响。     

后基因组时代的代谢工程:机遇与挑战

代谢工程的研究目的是要改进细胞性质,增加工业生物产品的收率及生产能力。现在越来越多的生物基因测序的完成及功能基因组学研究的进展正把代谢工程研究引入一个新时代。代谢工程正面临一个极好的机遇,同时也遇到一些严重的挑战。这是由于细胞内存在着复杂的,非线性的,在酶、调控子及代谢物之间未知的相互作用．从而使代谢途径的优化极为困难。为了促进后基因组时代代谢工程的研究,综述了过去13年基于功能基因组学的代谢工程原理与方法的国内外研究进展,功能基因组学与代谢工程之间的关系以及后基因组时代代谢工程面临的机遇与挑战。