丁醇合成途径关键酶基因在大肠杆菌中的克隆和表达

【目的】克隆丙酮丁醇梭状芽胞杆菌(Clostridium acetobutylicum)ATCC824丁醇合成途径关键酶基因,构建产丁醇的工程大肠杆菌。【方法】以C.acetobutylicum ATCC824基因组为模板,分别扩增丁醇合成途径关键酶基因thil,adhE2和BCS operon(crt-bcd-etfB-etfA-hbd)基因序列,构建BCS operon-adhE2-thil/pTrc99a/MG1655(pBAT)。重组菌E.coli pBAT采用0.1 mmol异丙基-β-硫代半乳糖苷(IPTG)诱导5 h,测定乙酰基转移酶(THL)、3-羟基丁酰辅酶A脱氢酶(HBD)、3-羟基丁酰辅酶A脱水酶(CRT)、丁酰辅酶A脱氢酶(BCD)、醛醇脱氢酶(BYDH/BDH)的酶活。并以该基因工程菌作为发酵菌种,采用好氧、厌氧和微好氧三种培养方式,检测丁醇产量。【结果】酶活测定结果显示:THL酶活达到0.160 U/mg protein,酶活力提高了近30倍;HBD酶活力提高了近5倍;CRT酶活达到1.53 U/mg protein,野生菌株无此酶活;BCD酶活力提高了32倍;BYDH/BDH酶活力无显著提高。3种发酵培养结果显示在微好氧和厌氧条件下,均有丁醇产生,且丁醇的最大产量约为84 mg/L。【结论】本实验通过构建产丁醇基因工程大肠杆菌,实现了丁醇关键酶基因在大肠杆菌中的活性表达以及发酵产丁醇,为发酵法生产丁醇开辟了一条新的途径。     

异源表达【FeFe】氢酶的基因工程大肠杆菌的构建

摘要:【目的】探讨一种构建异源表达【FeFe】氢酶的重组大肠杆菌的新方法。【方法】通过同源重组,依次将来源于丙酮丁醇梭菌中促进【FeFe】氢酶成熟的3 个辅助基因hydE、hydF 和hydG 分别整合到大肠杆菌BW2513-10(缺失氢酶基因) 的丙酮酸甲酸脱氢酶(ybiW)、乳酸脱氢酶(ldh) 和乙醇脱氢酶(adhE) 编码基因位点上。在此基础上进一步将含有来源于丁酸梭菌的氢酶基因的表达载体转化上述重组菌,并对转化子的氢酶活性进行分析。【结果】PCR 和RT-PCR 的检测结果表明,3 个辅助基因都     

克氏梭菌硫解酶的鉴定及其功能研究

【目的】硫解酶是梭菌属微生物合成短中链脂肪酸的关键酶。克氏梭菌(Clostridium kluyveri)具有3个高度同源的硫解酶编码基因,对这3个基因的功能鉴定是解析克氏梭菌高己酸合成能力的关键。【方法】通过发酵动力学分析确定克氏梭菌的己酸和丁酸生成动力学特征;转录组测序结合反转录-荧光定量RCR分析克氏梭菌3个硫解酶编码基因的表达水平和时序表达特征;在大肠杆菌中异源表达这3个硫解酶,并对其硫解酶动力学参数进行测定。【结果】克氏梭菌生成丁酸、己酸、辛酸,其中己酸为主要代谢产物;转录组数据显示,在乙酸消耗完全之前,thlA1基因维持恒定表达,thlA2基因表达时序上调,thlA3基因表达时序下调,转录组测序表明3个硫解酶编码基因均具有较高水平的转录活性,thlA2和thlA3的最高表达量分别约为thlA1的29%和43%;硫解酶动力学参数测定结果表明,克氏梭菌3个硫解酶对于四碳底物均显示出相似的底物亲和力(K_m),但ThlA1对四碳底物的催化效率(k_(cat)/K_m)略低于ThlA2和ThlA3。【结论】克氏梭菌的3个硫解酶均具有催化活性,在克氏梭菌体内均呈活跃表达,表明克氏梭菌拥有3个具有催化活性的硫解酶,这为后续深入研究克氏梭菌己酸合成机理奠定了基础。     

产L-苏氨酸重组大肠杆菌的构建和发酵性能

【背景】大肠杆菌由于生长性能优良、遗传背景清晰,常被用作苏氨酸生产菌。【目的】敲除大肠杆菌Escherichia coli THR苏氨酸合成途径的非必需基因,并异源表达苏氨酸合成必需的关键酶,构建一株苏氨酸高产菌株。【方法】利用FLP/FRT重组酶系统,敲除E. coli THR中lysC、pfkB和sstT,同时进行谷氨酸棒杆菌中lysC~(fbr)、thrE和丙酮丁醇梭菌中gapC的重组质粒构建并转化到宿主菌中。【结果】以E. coli THR为出发菌株,敲除其苏氨酸合成途径中表达天冬氨酸激酶Ⅲ (AKⅢ)的基因lysC、磷酸果糖激酶Ⅱ基因pfkB及苏氨酸吸收蛋白表达基因sstT,使菌株积累苏氨酸的产量达到75.64±0.35g/L,比出发菌株增加9.9%。随后异源表达谷氨酸棒杆菌中解除了反馈抑制的天冬氨酸激酶(lysC~(fbr))、苏氨酸分泌转运蛋白(thrE)及丙酮丁醇梭菌中由gapC编码的NADP+依赖型甘油醛-3-磷酸脱氢酶,获得重组菌株E. coli THR6菌株。该菌株积累苏氨酸的产量提高到105.3±0.5 g/L,糖酸转化率提高了43.20%,单位产酸能力提高到5.76 g/g DCW,最大生物量为18.26 g DCW/L。【结论】单独敲除某个基因或改造某个途径不能使苏氨酸大量合成和积累,对多个代谢途径共同改造是构建苏氨酸工程菌的最有效方法。     

酪丁酸梭菌代谢工程菌的构建及其发酵特性

酪丁酸梭菌Clostridium tyrobutyricum可以利用葡萄糖、木糖、纤维二糖、阿拉伯糖等多种底物进行产酸发酵,主要发酵产物为丁酸和乙酸,是一种适合于木质纤维素同步糖化发酵生产丁酸的菌种。将酪丁酸梭菌乙酸发酵关键基因取代为丁酸发酵关键基因来构建突变株,可使突变株丁酸发酵量增多,乙酸发酵量减少。分别获得来源于丙酮丁醇梭菌的丁酸代谢关键酶基因——乙酰乙酰辅酶A转移酶基因(thl)、来源于酪丁酸梭菌本身的乙酸代谢关键酶基因片段——磷酸转乙酰基酶基因片段(pta)和来源于质粒pIMP1的红霉素抗性基因(em)。将它们与质粒pUC19相连构建为非复制性质粒pUC19-EPT。通过电转化将其导入酪丁酸梭菌中。利用红霉素抗性平板筛选获得转化子,通过PCR验证发现,获得的突变株染色体上pta被thl替换。在以葡萄糖为底物的发酵中,突变株丁酸得率为0.47,较野生型增大了34%,乙酸得率为0.05,较野生型下降了29%。     

过表达pps基因和aroG~(fbr)基因对北京棒杆菌L-色氨酸合成的影响

【目的】通过增加北京棒杆菌(Corynebacterium pekinense)PD-67芳香族氨基酸合成的前体物质磷酸烯醇式丙酮酸(PEP)的供应,解除终产物对芳香族氨基酸合成途径中第一个酶同时也是关键酶3-脱氧-D-阿拉伯庚酮糖-7-磷酸合酶(DS)的反馈抑制并提高抗反馈抑制的DS的活力,使碳流更多地流向芳香族氨基酸合成途径,从而积累更多L-色氨酸。【方法】运用PCR技术扩增北京棒杆菌PD-67磷酸烯醇式丙酮酸合酶基因pps,与表达载体连接构建重组质粒pXPS;运用重叠PCR技术定点突变大肠杆菌(Escherichia coli)受苯丙氨酸调控的DS基因aroG,使相应的编码氨基酸序列发生突变:Leu175Asp,新的基因命名为aroGfbr,与表达载体连接构建重组质粒pXA;构建pps和aroGfbr的共表达重组质粒pXAPS。将3个重组质粒分别转入菌株PD-67,构建工程菌株PD-67/pXPS、PD-67/pXA和PD-67/pXAPS。通过摇瓶发酵研究工程菌株的发酵特性。【结果】酶活分析结果表明,pps基因和aroGfbr基因在北京棒杆菌PD-67中均实现了表达。工程菌株PD-67/pXA粗酶液DS抗反馈抑制分析表明,AroGfbr已解除酪氨酸和苯丙氨酸的反馈抑制。过表达pps基因和aroGfbr基因分别使工程菌L-色氨酸产量提高12.1%和26.8%,双基因共表达可使工程菌的产酸量提高35.9%。【结论】北京棒杆菌PD-67pps基因的过表达以及大肠杆菌来源的解除反馈抑制的aroGfbr的过表达均有助于增加PD-67 L-色氨酸的合成,而双基因的共表达可以进一步提高L-色氨酸的积累量。     

代谢改造克雷伯氏菌合成D-1,2,4-丁三醇

【背景】D-1,2,4-丁三醇(D-1,2,4-butanetriol,BT)是一种重要的四碳多元醇,应用范围广,以木糖为底物的四步生化反应是目前最高效的BT生物合成路线。但大肠杆菌宿主存在严重的碳代谢抑制,限制了工程菌在木糖葡萄糖混合糖下的生长和BT合成。然而克雷伯氏菌具有生长速度更快、葡萄糖木糖混合糖利用效果好等优点。【目的】在碳代谢抑制效应较弱的克雷伯氏菌中构建以木糖为底物的BT合成途径,以提高混合糖下BT合成能力。【方法】将来源于Clostridium crescenti的木糖脱氢酶基因xdh和来源于Lactococcus lactis的2-酮异戊酸脱羧酶基因kivD及来源于Escherichia coli W3110的木糖酸脱水酶基因yjhG克隆至KlebsiellapneumoniaeZG25,得到重组菌K.pneumoniae ZG25-BT,对重组菌进行培养条件和培养基优化,进一步敲除xylA以提高BT产量。【结果】在37°C、200 r/min、接种量1%、诱导时间2 h、添加10.0 g/L CaCO3控制pH条件下,敲除xylA的重组菌在1.5倍LB培养基中以30.0 g/L木糖和10.0 g/L葡萄糖为底物,BT的产量达到4.52 g/L,摩尔转化率为0.21mol/mol,收率为15%,较优化前分别提高150%、62%和67%。【结论】实现了BT在K.pneumoniaeZG25中的发酵生产,同时通过培养条件和培养基的优化及xylA的敲除提高了BT合成能力,为进一步实验奠定了基础。     

用GAP启动子在Pichia pastoris GS115中组成型表达鼠灰链霉菌腺苷酸脱氨酶

【目的】构建产AMP脱氨酶的重组毕赤酵母(Pichia pastoris GS115)菌株,并初步优化其发酵条件。【方法】以鼠灰链霉菌(Streptomyces murinus)基因组为模板PCR扩增获得腺苷酸脱氨酶基因AMPD,以pGAP9K为载体构建重组表达质粒pGAP9K-AMPD并通过电转化法转入Pichia pastoris GS115,筛选转化子对其酶活进行测定,并初步优化其发酵条件。【结果】构建了毕赤酵母重组菌,通过分光光度法测定,显示重组菌有明显的酶活;初步优化发酵条件为:该重组菌最适发酵培养基为:甘油2%,蛋白胨2%,酵母膏1%,KH2PO40.5%,MgSO4·7H2O0.05%,pH 6.0;发酵条件为:接种龄24 h,转接量3%,30°C﹑200 r/min培养96 h,取发酵上清液测定酶活,重组菌腺苷酸脱氨酶酶活达到2 230±60 U/mL。【结论】构建了一株产AMP脱氨酶活性较高的重组毕赤酵母菌株,并通过优化发酵条件使其酶活达到2 230±60 U/mL。为AMP脱氨酶工业化生产奠定了一定的基础。     

Pfk基因过表达对乳酸乳球菌N8产nisin速率的影响

【目的】通过基因工程手段增加糖酵解途径中编码限速酶6-磷酸果糖激酶基因Pfk在乳酸链球菌素(nisin)产生菌Lactococcus lactis N8中的表达,增快nisin的产生,从而提高单位时间内nisin的产量,缩短发酵周期。【方法】将pfk基因及编码以c AMP为依赖的蛋白激酶催化亚基基因pka C克隆到表达质粒p MG36e上,将共表达重组质粒转入L.lactis N8中,使Pfk-pka C基因过量表达,得到重组菌株L.lactis N8-p MG36epfk-pka C,并比较该重组菌株与野生菌的生长曲线、胞内6-磷酸果糖激酶活性、发酵上清液的抑菌活性及效价,并从转录水平分析两株菌nis A及pfk-pka C的转录差异,比较野生菌与重组菌在不同葡萄糖含量下培养产nisin的变化。【结果】Pfk基因与pka C基因的过表达对重组菌的生长速度没有明显的影响,却能提高重组菌产nisin的速度,在发酵10 h时nisin的产量比野生菌提高了20%,使得发酵周期缩短近2 h。野生菌及重组菌在不同葡萄糖含量下培养发酵上清液的nisin效价没有明显的变化。【结论】糖酵解途径中6-磷酸果糖激酶基因Pfk的过表达可以加快乳酸乳球菌N8产nisin的速率,缩短发酵周期。     

丙酮丁醇梭菌ldhL基因的克隆及其在大肠杆菌中的表达

首次从丙酮丁醇梭菌(Clostridium acetobutylicum ATCC824)中克隆得到L-乳酸脱氢酶(L-lactate dehydrogenase,ldhL)基因,并将其连接到pSE380表达载体上,得到重组质粒pSE380ldhL,将重组质粒转化到乳酸脱氢酶和丙酮酸裂解酶缺陷的Escherichia coli FMJl44大肠杆菌中进行表达。SDS-PAGE分析表达产物的分子量约为34kD,摇瓶发酵后用HPLC检测分析L-乳酸产量为2.4g/L,纯度达到99.9%,不需要再进行手性分离,为以后在工业上生物法生产高纯度的L-乳酸打下基础。