高密度发酵重组大肠杆菌产海藻糖合成酶

酶法催化是目前生产海藻糖的主要手段。本文中,笔者通过高密度发酵重组大肠杆菌产海藻糖合成酶,进而以麦芽糖为底物,催化生产海藻糖。首先根据大肠杆菌高密度发酵条件要求,在揺瓶中对基因工程菌进行了培养基、发酵条件和诱导条件的逐一优化;然后在5 L和50 L发酵罐中进行批次补料发酵的放大实验;最后采用变指数-恒pH法的策略发酵重组大肠杆菌,结果OD_(600)达到97,海藻糖合成酶酶活达到(24 000±350) U/mL,实现了海藻糖合成酶的重组大肠杆菌高密度发酵生产,极大提高了海藻糖的生产效率。     

来源于玫瑰微球菌的麦芽寡糖基海藻糖水解酶基因在大肠杆菌中的融合表达

设计引物克隆玫瑰微球菌QS412中麦芽寡糖基海藻糖水解酶(MTHase)的基因treZ,通过与pET-28a( )载体相连,转化入宿主菌E.coli BL21,进行发酵诱导。通过SDS-PAGE检测到外源基因在大肠杆菌中有很高的MTHase表达量,但大部分都以不溶性包含体形式存在。对菌体超声破碎全菌液检测酶活,结果显示了水解酶酶活。这是来源于微球菌属的麦芽寡糖基海藻糖水解酶首次获得基因克隆和活性表达,为进一步提高酶活、增大海藻糖产量奠定了基础。     

芝田硫化叶菌麦芽寡糖基海藻糖合酶基因在大肠杆菌中的克隆和表达

用ＰＣＲ 方法从芝田硫化叶菌中扩增了编码一种新酶,即麦芽寡糖基海藻糖合酶（ ＭＴＳａｓｅ） 的基因,扩增的２－２ｋｂ ＤＮＡ 插入到原核表达载体ｐＢＶ２２０ 中,构建成重组质粒ｐＳＢＧＴ１ 。ｐＳＢＧＴ１ 中ＭＴＳａｓｅ 基因在大肠杆菌中得到表达。ＳＤＳＰＡＧＥ 分析表达产物ＭＴＳａｓｅ蛋白的分子量约为７４ｋＤａ ,同核苷酸序列测定所推导的值相符。表达产物占细胞总蛋白约４－４ ％ 。ｐＳＢＧＴ１ 产生的重组酶作用于淀粉部分水解物,使ＤＥ 值降低,得到非还原糖或低还原糖。     

麦芽糖诱导海藻糖合成酶基因在B.subtilis WB800n中的表达

运用枯草芽孢杆菌中的麦芽糖诱导型启动子调控元件,构建得到麦芽糖诱导海藻糖合成酶的安全表达系统,使其制备的海藻糖能够广泛应用于食品医疗行业。以来源于恶臭假单胞杆菌KT2440(Pseudomonas putida KT2440)的海藻糖合成酶基因Tre S为报告基因,以cre序列定点突变(CG碱基突变为AT碱基)优化后的麦芽糖诱导型的枯草芽孢杆菌操纵元启动子Pglv为调控元件、大肠杆菌-枯草芽孢杆菌穿梭质粒PHT01为载体骨架,通过Bam H I和Aat II限制酶酶切替换,构建得到高效表达载体Pglv-PHT01-Tre S,将质粒电转化到B.subtilis WB800n并验证其表达效果。成功构建了海藻糖合成酶高效表达质粒Pglv-PHT01-Tre S,并实现了该重组质粒在B.subtilis WB800n中的表达。利用基础发酵培养基优化发酵条件验证结果表明,菌体生长到发酵液吸光值OD600达到1.2时加入终质量分数4.5%的麦芽糖,37℃诱导18 h后胞内的海藻糖合成酶的粗酶活力达到18.9 U/m L。为了提高海藻糖合成酶的表达量,还构建了通过单交叉互换方法敲除了α-淀粉酶基因amy E的重组菌株B.subtilis WB800n(Δamy E),减少了胞外α-淀粉酶对麦芽糖的降解成葡萄糖,提高了麦芽糖的诱导表达效果以及减少葡萄糖的反馈抑制,表达质粒在麦芽糖诱导条件下在该重组菌中海藻糖合成酶酶活提高到了29.2 U/m L。首次成功实现了麦芽糖诱导海藻糖合酶在枯草芽孢杆菌中的高效表达,为获得制备安全高效的海藻糖合成酶表达系统奠定了基础。     

重组Bacillus subtilis产B.stearothermophilus环糊精葡萄糖基转移酶的发酵优化

利用本研究室已构建的重组菌Bacillus subtilis/pBSMuL3-α/β-CGTase对产B.stearothermophilus环糊精葡萄糖基转移酶的发酵产酶进行了优化,考察了培养基中重要成分:碳源、有机氮源、无机氮源、有机与无机氮源质量比、碳源与氮质量比、金属离子种类等单因素对该重组菌产α/β-CGTase的影响,并采用正交实验对发酵培养基进行优化,对优化结果分析可知,重组菌B.subtilis/pBSMuL3-α/β-CGTase发酵产α/β-CGTase的最优培养基成本为:葡萄糖5 g/L,氮源(鱼骨蛋白胨∶NH4Cl=3∶1)25 g/L,1 mmol/L Mg^2+。在最优条件下发酵培养,α/β-CGTase的酶活由原来TB发酵培养基的9.20 U/mL提高至20.32 U/mL,是优化前酶活的2.2倍,为α/β-环糊精葡萄糖基转移酶的工业应用提供了理论支持。     

嗜热古菌Sulfolobus tokodaii strain 7中麦芽寡糖基海藻糖合酶的酶学性质

【目的】克隆表达嗜热古菌Sulfolobus tokodaii strain 7中的ST0929基因,并测定其酶活性。【方法】根据ST0929基因设计引物进行PCR扩增,将这段基因克隆到p ET-15b质粒上,重组质粒导入大肠杆菌BL21细胞中表达。亲和层析纯化酶蛋白,并测定其酶活性。【结果】SDS-PAGE分析表明其分子量大约为83 k D。酶学性质研究表明该酶的最适温度为75°C,最适p H为5.0,具有很强的热稳定性和p H稳定性。该酶还能对多种金属离子和有机溶剂具有一定的耐受性。底物特异性研究发现该酶能够利用麦芽糊精作底物,而不能利用壳寡糖、麦芽糖等。【结论】通过以上酶学性质的研究,说明这种来源于超嗜热古菌的麦芽寡糖基海藻糖合酶在工业生产海藻糖领域具有一定的应用前景。     

流加发酵对重组Bacillus subtilis发酵生产角质酶的影响

为实现基因工程菌Bacillus subtilis WSHB06-07生产角质酶的高产,在3L发酵罐中考察了不同初糖浓度对菌体生长和产酶的影响,并在选择38 g/L初始蔗糖浓度的基础上,进行碳源的分批流加和恒速流加,结果表明发酵16 h开始流加碳源,采用总补糖量60g/L,蔗糖平均流速为4g/(L·h)的恒速补料方式,角质酶酶活在31h可达到最大545.87U/ml,比分批发酵酶活提高67.8%,并获得较高的角质酶生产强度,满足工业化生产要求。     

嗜酸热硫化叶菌麦芽寡糖基海藻糖合酶基因的克隆和表达

麦芽寡糖基海藻糖合酶( Maltodigosyltrehalose synthase;MTSase)是近年来在一些微生物中发现的新型分子内糖苷转移酶,能将淀粉或淀粉部分水解物(大于3个葡糖基)的糖链还原末端的α-1,4糖苷键转化为α-1,1糖苷键,生成具海藻糖末端结构的产物[1],如下所示: Gn为聚合度n(n＞3)的麦芽寡糖,Gn-2-T为麦芽寡糖基海藻糖,-T为海藻糖基.     

双启动子促进亮氨酸脱氢酶在Bacillus subtilis中表达及发酵研究

为了促进亮氨酸脱氢酶在Bacillus subtilis中高效表达,采取在质粒pMA5自带的启动子P_(HpaⅡ)之后分别添加诱导型和组成型启动子,考察双启动子对酶表达的影响。选取2种诱导型启动子(P_(grac)、P_(gl-M1))和4种组成型启动子(P_(43)、P_(laps)、P_(HpaⅡ)、P_(amyQ))进行构建表达,其中组成型启动子P_(amyQ)与P_(HpaⅡ)构成的双启动子效果最好,有效地将胞外活性提高到31. 24U/ml,是单启动子PHpaⅡ的3. 4倍。在以上最优双启动子的基础上分别融合Sec途径和Tat途径的4种信号肽,但信号肽与双启动子共同作用并没有获得更高的酶活性。选用酶活最高的双启动子突变菌株Bacillus subtilis168/pW6(P_(HpaⅡ)-P_(amyQ))进行7. 5L发酵罐补料发酵产酶研究,LeuDH酶活达到217. 96U/ml,是摇瓶水平的6. 97倍,对工业上产亮氨酸脱氢酶有一定参考价值。     

大肠杆菌海藻糖合成酶基因的克隆和表达

利用Ｍｕ转座子细胞内克隆了大肠杆菌海藻糖合成酶 ｏｔｓＢＡ基因,克隆频率为１．４５ ｘ １０(－３)／ Ｋａｎ(ｒ)转导子。经遗传互补、酶切和部分序列分析表明ｏｔｓＢＡ基因位于克隆质粒。亚克隆 ２．８７ｋｂ ＤＮＡ片段至不同拷贝数表达质粒并分别转化大肠杆菌ｏｔｓＢＡ基因缺失株,转化株恢复 在０．５ｍｏｌ／Ｌ ＮａＣｌ培养基上生长的功能,高渗透压诱导实验表明,转化株能够合成克隆基因 产物海藻糖,但合成量不受克隆质粒拷贝数影响。海藻糖良好的抗高渗能力可能在农作物育 种方面发挥重要作用。为构建含有海藻糖合成酶基因的植物表达载体,并在农杆菌的介导下 转入植物,赋予其抗高渗、耐干旱能力奠定了重要的研究基础。     

酿酒酵母海藻糖合成酶基因的克隆和在大肠村菌中的表达

用PCR方法克隆了1．5kb的酿酒母Sacchromyces cerevisiae海藻糖合成酶基因TPSI,将该片段连接到pUC19载体,通过转化分别引入海藻糖合成酶基因缺失和缺陷的大肠杆菌Escherichia coli FF4169 和FF4050,对转化株的质粒DNA酶切分析表明均含有1．5kb PCR克隆片段,生长曲线实验证明,带有克隆片段的转化株在含0．5mol/L NaCl的高渗透压基础培养基中生长良好;用高效液相色谱（HPLC）结合蒸发散射（ELSD）技术测定细胞内海藻糖实验证明转化株能够合成海藻糖。     

Bacillus subtilis BE-91生长及其胞外表达β-甘露聚糖酶的发酵条件优化

【目的】优化枯草芽孢杆菌(Bacillus subtilis) BE-91生长及其胞外表达β-甘露聚糖酶的发酵条件。【方法】对影响菌株生长和发酵的主要因素(C源、N源、起始pH、温度等)进行单因素试验后,采用正交试验法研究B. subtilis BE-91生长培养条件和摇瓶发酵条件的优化组合。【结果】优化生长条件为：0.3%牛肉膏、0.2%酵母膏、0.1%葡萄糖、0.4%魔芋精粉、0.5% NaCl,初始pH 6.0、培养温度35 °C;胞外表达β-甘露聚糖酶活力的摇瓶发酵条件优化组合为：0.7%魔芋精粉、0.4%大豆蛋白胨、0.1% (NH4)2SO4、0.5% NaCl,发酵温度35 °C和起始pH 6.0;优化条件下发酵10 h,β-甘露聚糖酶活力最高达432.4 IU/mL,比国内外已有相关菌株报道的发酵时间缩短了14?86 h,最高酶活力提高了5倍以上。【结论】B. subtilis BE-91生长与发酵周期短、胞外表达β-甘露聚糖酶的活力高,是酶制剂产业具有重大开发价值的菌种资源。     

灰树花海藻糖合成酶基因的克隆及其在大肠杆菌中的表达

海藻糖主要作用是作为生物体的结构组分、以及保护生物膜和保护蛋白质。在灰树花中 ,海藻糖在干重中所占比例最高可达到 1 5 %～ 1 7% ,说明灰树花合成海藻糖的能力很强。将灰树花海藻糖合成酶基因克隆 ,并在大肠杆菌表达系统里表达。表达量为 1 90mg L。通过活性测定 ,证明在大肠杆菌中表达的海藻糖合成酶具有酶活性 ,结合基因工程和酶工程方法 ,为合成海藻糖的研究提供了新的方向     

Pseudomonas putida S1海藻糖合成酶基因在大肠杆菌中的克隆表达

利用PCR和TA克隆方法扩增和克隆得到了恶臭假单胞菌Pseudomonas putida S1的海藻糖合成酶基因treS.对其进行序列分析表明,其编码区含有2067bp,编码含688个氨基酸残基的蛋白质,其核苷酸序列和蛋白质序列与来源于其它假单胞菌属细菌的海藻糖合成酶的序列表现出了较高同源性.将该基因序列与表达载体pQE30T连接,构建重组质粒pQE30T-TS,并将其转化至E.coli M15菌株中.重组菌株经诱导表达后SDS-聚丙烯酰胺凝胶电泳结果显示有明显的分子量约77.5kD的特异蛋白条带出现.经测定酶活力达19U/mL,约是原始菌株P.putida S1的50倍.     

来源于Bacillus subtilis的中性植酸酶基因的克隆及在大肠杆菌中的表达

通过ＰＣＲ的方法从Bacillus subtilis基因组中克隆了中性植酸酶基因nphy,ＤＮＡ全序列分析表明其结构基因全长１１５２个核苷酸（编码３８３个氨基酸）,５′端有一编码２６个氨基酸的信号肽序列。去除信号肽编码序列的nphy克隆到大肠杆菌ＩＰＴＧ诱导表达载体pTYB40上,在大肠杆菌中得到了高效表达,表达量达到大肠杆菌可溶性蛋白的４０％以上,表达产物具有生物学活性,证实了克隆到的中性植酸酶的基因有正常的生物学功能。     

白背飞虱海藻糖合成酶基因的表达特性及其在糖代谢调控中的作用

【目的】昆虫中海藻糖主要通过海藻糖合成酶(trehalose-6-phosphate synthase, TPS)在脂肪体中合成,当昆虫受极端环境胁迫时TPS能够诱导海藻糖累积从而起到保护作用。本研究旨在分析白背飞虱Sogatella furcifera两个TPS基因的发育和组织表达模式及其对糖类物质代谢调控功能,探究TPS基因在白背飞虱生长发育中的具体作用。【方法】基于实验室前期获得的两个海藻糖合成酶基因SfTPS1和SfTPS2片段序列,在本实验中也进行了基因克隆和测序筛选,比对两者确定了白背飞虱两个TPS基因序列。并通过MEGA 7.0软件构建基于氨基酸序列的白背飞虱与其他昆虫TPS的系统发育树。利用qRT-PCR技术检测这两个基因在白背飞虱不同发育阶段(4龄第1天若虫至3日龄成虫)和成虫不同组织(头、足、翅、中肠、脂肪体、表皮和马氏管)中的表达情况。合成这两个基因的dsRNA,并注射到白背飞虱5龄第1天若虫中进行RNAi。在RNAi 48和72 h后检测白背飞虱海藻糖酶基因TRE1-1,TRE1-2和TRE2的表达变化,海藻糖、葡萄糖和总糖原含量以及海藻糖酶活性。【结果】克隆获得白背飞虱SfTPS1和SfTPS2,ORF分别为2 424和2 115 bp,编码氨基酸数目分别为807个和704个,预测蛋白质分子量分别为90.37和80.56 kD,等电点分别为6.08和6.10。而且白背飞虱2个TPS氨基酸序列与褐飞虱Nilaparvata lugens TPS1和TPS2的一致性最高。发育阶段表达模式表明,白背飞虱TPS基因SfTPS1和SfTPS2在4龄若虫到成虫阶段都有表达;组织表达模式表明,SfTPS1和SfTPS2在成虫马氏管、中肠和表皮中的表达较为显著。当SfTPS1被RNAi后,TRE1-1和TRE2的表达水平与对照组(dsGFP注射组)相比分别为略有上升和显著升高,TRE1-2的相对表达水平在SfTPS1被RNAi 48 h后显著上升而在72 h后显著下降;可溶性海藻糖酶活性无显著变化,膜结合型海藻糖酶活性显著增加;白背飞虱5龄若虫体内海藻糖、葡萄糖和总糖原含量显著上升。TRE1-2和TRE2基因的表达水平在SfTPS2被RNAi 48 h后显著升高,而在72 h后两基因的表达水平却显著下降;TRE1-1基因的表达水平在注射dsSfTPS2 48和72 h后均显著上升。可溶性海藻糖酶活性在SfTPS2被RNAi 48 h后显著下降,72 h后显著上升;膜结合型海藻糖酶活性在SfTPS2被RNAi 72 h后显著增加。白背飞虱5龄若虫体内葡萄糖含量在SfTPS2基因RNAi 48 h后显著减少,但在72 h后海藻糖、葡萄糖和总糖原含量显著上升。【结论】通过调节白背飞虱体内TPS基因的表达影响TRE1-1,TRE1-2及TRE2基因的表达水平,进而调控体内海藻糖的含量,该结果为后期采用TPS为靶标基因用于害虫防治提供理论依据。     

枯草芽孢杆菌(Bacillus subtilis)碱性脂肪酶基因在毕赤酵母中的表达

将来自枯草芽孢杆菌的碱性脂肪酶基因经密码子优化,全基因合成后克隆到pPICZαA载体,构建了pPICZαA-bsl分泌型重组质粒,该重组质粒经限制性内切酶PmeI线性化后使用LiCl法转化到毕赤酵母X-33,经过筛选获得分泌表达碱性脂肪酶的重组毕赤酵母X-33/pPICZαA-bsl。摇瓶发酵液上清酶活最高可达4.78 U/mL,初步研究了该脂肪酶的酶学性质,其最适作用温度为40-60℃,最适pH9.0,且具有高度耐碱的特性。该重组脂肪酶对旧新闻纸具备较明显的脱墨能力。     

恶臭假单胞菌S1产胞内海藻糖合成酶发酵培养基的优化

采用摇瓶发酵法研究了不同碳源、氮源对恶臭假单胞菌S1干重和胞内海藻糖合成酶酶活力的影响。通过正交试验得出其最佳培养基配方为(g.L-1):葡萄糖25,玉米浆15,麦芽糖20,豆粕水解液10 mL.L-1,Na3C6H5O7.2 H2O 0.5,Na2HPO4.12 H2O 0.5。优化后菌体密度、单位细胞产酶活力分别提高了1.44倍和72.16%。