ldhA基因敲除对Corynebacterium glutamicum TCCC11822发酵生产L-谷氨酸的影响

针对L-谷氨酸发酵过程中乳酸产量偏高的问题,以L-谷氨酸生产菌谷氨酸棒杆菌(Corynebacterium glutamicum)TCCC11822为出发菌株,通过构建敲除质粒pK18mobsacB△ldh并采用同源重组技术敲除其乳酸脱氢酶编码基因ldhA,以期达到减少副产物、提高L-谷氨酸产量和转化率的目的。结果表明,与出发菌株相比ldhA基因敲除株的乳酸合成量降低了85.6%,L-谷氨酸的产量和转化率分别提高7.6%和5.5%,但生物量略有下降。本研究可为L-谷氨酸及其他氨基酸生产菌株的理性改造提供参考。     

高产L-精氨酸谷氨酸棒状杆菌的构建

以产L-精氨酸诱变菌株谷氨酸棒状杆菌（Corynebacterium glutamicum）AJC为出发菌株,采用基因组编辑技术对其进行改造。 首先,敲除阻遏蛋白ArgR和FarR,解除反馈阻遏作用;然后,敲除乳酸脱氢酶编码基因ldh和整合鸟氨酸乙酰转移酶编码基因argJ,阻 断乳酸合成途径和增加前体物;最后,敲除谷氨酸分泌蛋白编码基因NCgl1221和整合乙酰谷氨酸激酶基因argB,减弱L-谷氨酸的胞 外分泌,筛选一株L-精氨酸高产菌株。 结果表明,获得一株高产L-精氨酸菌株AJC-4（C. glutamicum AJCΔargRΔfarRΔldh::PtufargJ ΔNCgl1221::PsodargB）,该菌株在5 L发酵罐中发酵64 h后,L-精氨酸产量和糖酸转化率分别为78.0 g/L和0.38 g/g,较出发菌株AJC分 别提高21.9%、18.8%;副产物乳酸和L-谷氨酸积累量分别为0.11g/L、0.16 g/L,较出发菌株AJC分别降低96.8%、96.1%。     

敲除aceA和gogat及过表达gltA对谷氨酸棒状杆菌GKGD合成α-酮戊二酸的影响

α-酮戊二酸(α-ketoglutarate,α-KG)在生命活动中具有重要的作用,被广泛应用于食品、医药等领域。以α-KG生产菌谷氨酸棒状杆菌GKGD为出发菌株,敲除其异柠檬酸裂解酶编码基因ace A以增加异柠檬酸供应,获得GKGD-1,摇瓶发酵条件下其α-KG产量和转化率分别提高14.72%和9.76%;敲除谷氨酸合酶编码基因gogat以降低L-谷氨酸生成量,获得GKGD-2,其α-KG产量和转化率分别提高7.39%和5.43%,L-谷氨酸生成量降低52.87%;过表达柠檬酸合酶编码基因glt A以进一步增加前体物供应,获得GKGD-3,其α-KG产量提高35.9%;于7.5 L发酵罐经30 h发酵,GKGD-3α-KG产量达49.5 g/L,较出发菌株提高36.4%,L-谷氨酸生成量降低50%。敲除ace A和gogat并过表达glt A可显著提高α-KG产量并降低L-谷氨酸生成量。     

等离子体诱变凝结芽孢杆菌提高木糖利用能力高产L-乳酸

为进一步提高凝结芽孢杆菌发酵木糖生产L-乳酸的产量和转化率,以实验室保存的一株能利用木糖产L-乳酸的野生型凝结芽孢杆菌菌株NL01为出发菌株,通过等离子体诱变育种技术和平板菌落初筛、摇瓶复筛,最终得到一株木糖耐受力强、L-乳酸产量高、遗传特性稳定的正向突变菌株NL-CC-17。该突变菌株是目前已报道的木糖耐受力最高的菌株。当以100 g/L的木糖为底物,50 ℃发酵72 h后,L-乳酸产量达到82.30 g/L,糖酸转化率为92.37%,L-乳酸产量较出发菌株提高21.51%,糖酸转化率提高了16.00%。通过初步优化发酵条件,确定该菌株最佳发酵温度为50 ℃,实验范围内最佳发酵pH值为5.5。     

利用木糖生产L-乳酸高产菌太空诱变育种

利用太空诱变育种技术对利用木糖产L-乳酸的野生菌株进行了诱变,通过富集、平板筛选、液体发酵筛选、遗传稳定性实验,最终得到一株正向突变菌株Lt-s.该菌株在5L发酵罐水平上,以8%的木糖为底物,于52℃发酵48h,L-乳酸产量达到70.0g/L,糖酸转化率为87.0%,L-乳酸产量较出发菌株提高约12.0%.该菌株的获得为利用木质纤维素生产L-乳酸奠定了一定基础.     

ptsG/mglB双基因敲除对大肠杆菌发酵混合糖产L-乳酸的影响

为增强大肠杆菌（Escherichia coli）JH16利用混合糖产L-乳酸的能力,通过Red同源重组技术敲除葡萄糖转运酶基因ptsG和半乳糖转运基因mglB,构建重组菌E. coli JH2705。结果表明,以8%混合糖（5.6%葡萄糖和2.4%木糖）为碳源,ptsG/mglB双基因缺陷重组菌E. coli JH2705同时可利用葡萄糖和木糖,大幅减小葡萄糖效应带来的不利影响,其木糖利用速率为0.60 g/（L·h）,L-乳酸生产强度为1.27 g/（L·h）,较出发菌株E. coli JH16分别提高50%和79.1%,E. coli JH2705的糖酸转化率高达70%,为利用木质纤维素等可再生原料高效生产L-乳酸提供技术参考。     

细菌发酵生产L-乳酸高产菌株的选育

本文利用紫外线诱变方法，对出发菌株干酪乳杆菌YBQ1-1进行诱变处理，以CaCO3-溴甲酚紫平板、高锰酸钾-溴化钾平板、高糖平板、乳酸梯度平板、纯乳酸平板进行筛选，最后得到一株正向突变株YBQH2-14，其L-乳酸产量达到93g／L，对糖转化率达到77．5％，比出发菌株产酸提高48．5％。     

谷氨酸棒杆菌代谢副产物对α-酮戊二酸积累的影响

谷氨酸棒杆菌(Corynebacterium glutamicum)中ldh基因编码乳酸脱氢酶,可以催化丙酮酸转化生成乳酸,ackA和pqo基因编码乙酸激酶和丙酮酸:醌氧化还原酶,可以催化丙酮酸转化为乙酸.为了研究这三个基因缺失对谷氨酸棒杆菌α-酮戊二酸积累的影响,以Cglutamic um GDK-10为出发菌株,通过重叠延伸PCR及同源重组技术分别构建ldh,pqo,ackA,pqo和ackA基因缺失突变株GDK-14,GDK-15,GDK-16,GDK-17.对出发菌及上述重组菌株进行发酵验证比较,发酵结果表明:ldh和pqo基因缺失菌株的α--酮戊二酸产量分别比出发菌降低了8.54％和27.9％,而ackA基因的缺失使α-酮戊二酸产量比出发菌提高了8.99％.     

基于代谢途径改造谷氨酸棒杆菌生产L-缬氨酸

L-缬氨酸是一种重要的支链氨基酸，随着市场对其需求量的不断提升，进一步提高L-缬氨酸的产量和糖酸转化率具有重要意义。在该研究中，使用实验室保藏的谷氨酸棒杆菌VHL-1作为出发菌株，通过对L-缬氨酸合成路径进行代谢改造显著提高了L-缬氨酸的产量和丙酮酸前体物的供应。首先，通过敲除ldh(编码乳酸脱氢酶)、poxB(编码丙酮酸氧化酶)、pyc(编码丙酮酸羧化酶)基因以及弱化alaT(编码丙氨酸转氨酶)基因表达来实现丙酮酸的富集。其次，通过强启动子P_tuf替换ilvBNC操纵子原始启动子并增加ilvBN(编码乙酰羟酸合酶)基因拷贝数来增强丙酮酸向L-缬氨酸合成的碳代谢流。最后，通过过表达支链氨基酸转运蛋白编码基因brnFE和调节蛋白编码基因lrp增强L-缬氨酸胞外输出效率。最终构建的重组菌株VHL-9在5 L生物反应器中进行补料分批培养，L-缬氨酸产量可到达(82.5±5.6) g/L,生产强度为1.15 g/(L·h),糖酸转化率为0.302 g/g葡萄糖。     

中和剂对大肠杆菌工程菌HBUT-L16发酵产L-乳酸的影响

该文对前期构建的产高光学纯度L-乳酸的大肠杆菌工程菌HBUT-L进行了耐乳酸钠的驯化,并对驯化前后菌株发酵产L-乳酸的中和剂进行了选择和对比。结果表明,经过28代驯化后的菌株HBUT-L16以Ca（OH）2作中和剂时发酵效果较NaOH为中和剂时效果好,L-乳酸产量、糖酸转化率及生产强度分别提高了6.6%、5.6%、44.4%。与驯化前菌株HBUT-L的发酵结果相比,HBUT-L16以Ca（OH）2为中和剂进行发酵时,乳酸产量提高了4.4%,糖酸转化率提高了2.8%,生产强度增加了26.71%;而以NaOH为中和剂时,对驯化前后菌株的发酵效果影响不大,由此推测耐乳酸钠的驯化主要通过提高工程菌对乳酸根的耐受性而非钠离子的耐受性,来提高L-乳酸的产量。     

Innovative metabolic pathway design for efficient l-glutamate production by suppressing CO2 emission

In the pathway of L-glutamic acid (L-Glu) biosynthesis in Corynebacterium glutamicum, 1 mol of L-Glu is synthesized from 1 mol of glucose at a cost of 1 mol of carbon dioxide (CO(2)), with a maximum theoretical yield of 81.7% by weight. We have designed an innovative pathway for efficient L-Glu production employing phosphoketolase (PKT) to bypass the CO(2)-releasing pyruvate dehydrogenase reaction, thereby increasing the maximum theoretical yield of L-Glu from glucose to up to 98.0% by weight (120% mol/mol L-Glu produced/glucose consumed). The xfp gene encoding PKT was cloned from Bifidobacterium animalis and overexpressed under the strong cspB promoter in C. glutamicum. A functional enzyme was detected in an L-Glu-producing strain of C. glutamicum (odhA). When cells of this producer strain with the xfp gene and those without the xfp gene were cultivated in a controlled fermentation system, the L-Glu production yield of the strain expressing the xfp gene was much higher than that of the original strain, coupled with the suppression of CO(2) emission. Consequently, we could successfully enhance L-glutamate production by installing the PKT pathway of B. animalis into C. glutamicuml-Glu metabolism, and this novel metabolic design will be able to increase L-Glu production yield beyond the maximum theoretical yield obtained from the conventional metabolic pathway of biosynthesis from glucose.     

L-鸟氨酸发酵培养基的中心复合法优化

考察不同碳氮源对Corynebacterium glutamicum1006发酵产L-鸟氨酸的影响,并借助于statistica6.0数学分析软件,采用Plackett-Burman试验设计及中心复合试验设计分析法,对L-鸟氨酸产生菌1006进行了发酵培养基的优化研究。优化后的发酵培养基使1006菌株的L-鸟氨酸产率提高了44.03%。     

L-苏氨酸产生菌的原生质体融合育种研究

采用原生质体融合等技术,以谷氨酸棒杆菌GY360 (Mer+ AECr+ AHVr)为亲株(A)与乳糖发酵短杆菌HS58 (Ala-+ AHVr )为亲株(B)进行原生质体融合,选育出一株产L-苏氨酸菌NRH66,该菌株遗传标记为Met-+ Ala-+ AEC+ AHVr,在摇瓶上发酵可产L-苏氨酸46.2g/L,比亲株A产酸提高了17.7%,比亲株B产酸提高64%.     

Triggering mechanism of L-glutamate overproduction by DtsR1 in coryneform bacteria

The mechanism of L-glutamate-overproduction by Corynebacterium glutamicum, a biotin auxotroph, is very unique and interesting. L-Glutamate overproduction by this bacterium is induced by biotin-limitation and suppressed by an excess of biotin. Addition of a surfactant or penicillin is also induces L-glutamate overproduction even under excess biotin. After the development of general molecular biological tools such as cloning vectors and DNA transfer techniques, genes encoding biosynthetic enzymes were isolated. With those genes and tools, recombinant DNA technology can be applied to the analysis of biosynthetic pathways and the construction of C. glutamicum strains. In this review, recent studies on the triggering mechanism of L-glutamate overproduction by C. glutamicum are discussed. Disruption of the dtsR1 gene, which encodes a putative component of a biotin-containing enzyme complex that is involved in fatty acid synthesis, causes constitutive overproduction of L-glutamate. As in the case of biotin-limitation, i.e., addition of a surfactant or penicillin, dtsR1-disruption also reduces the activity of the 2-oxoglutarate dehydrogense complex (ODHC). These results indicate that the DtsR1 level affects the activity of ODHC. In our recent studies, a novel regulatory factor that suppresses the expression of DtsR1 was determined. Based on these findings, the triggering mechanism of L-glutamate overproduction is expected to be clarified in more detail.     

代谢工程大肠杆菌高效利用甘油合成丁二酸

为了构建高产丁二酸的重组大肠杆菌,以删除了乙酸激酶和磷酸乙酰转移酶基因(ackA-pta)、乳酸脱氢酶基因(ldhA)和丙酮酸甲酸裂解酶基因(pflB)的大肠杆菌CICIM B0013-025为出发菌株,将其磷酸烯醇式丙酮酸羧化酶(ppc)基因的启动子替换为温度诱导的λ噬菌体启动子P_L-P_R,获得温度调控型的丁二酸合成菌株B0013-026。继而通过发酵条件优化,建立了两阶段发酵法:菌株的生长温度和诱导温度分别为37和42 ℃,以甘油为碳源并添加入5 g/L蛋白胨,发酵产酸阶段在微供氧(100 r/min)条件下进行。在5 L发酵罐中采用最优条件进行发酵,丁二酸的产量、生产强度和甘油转化率分别为62.5 g/L、1.04 g/(L·h)和64.2%,而且发酵液中仅有少量的α-酮戊二酸(3.0 g/L)和乙酸(1.8 g/L)等副产物积累,实现了以甘油为唯一碳源高效合成丁二酸,为其工业化生产提供了重要参考。     

常压室温等离子体快速诱变筛选高脯氨酸产率突变株

为提高脯氨酸得率,采用新型常压室温等离子体(ARTP)诱变L-脯氨酸生产菌株———嗜醋酸棒杆菌(出发菌株为谷氨酸生产菌,菌拉丁名ATCC-13870),结合48孔板的高通量筛选手段,在致死率为99%的条件下,获得了16株生长速率和脯氨酸产率变化的菌株。发酵实验结果表明,筛选得到的高产脯氨酸突变体D3在发酵48 h,其脯氨酸浓度从原始菌对照组的54.7 g/L提高到65.8 g/L。     

生淀粉酶产生菌的筛选和研究

利用透明圈法再经单菌分离纯化从土壤中筛到一株产酶为158U/mL的生淀粉酶产生菌TCCC451031,经16S rDNA鉴定为Paenibacillus属。最适发酵培养基:碳源为2%的玉米粉,最佳氮源为酵母粉与玉米浆混用比例为1∶2,用量为1%。最适发酵条件:35℃、pH值为7.0、转速160r/min,发酵5d酶活达312U/mL。该酶最适作用温度40℃,最适作用pH值为4.2,Ca2+、Mg2+、Zn2+对酶有一定的激活作用,Cu2+、Mn2+、K+、Fe2+、Ba2+对酶活有抑制作用。     

基于代谢网络模型的谷氨酸发酵产酸速率在线预测

建立并简化了谷氨酸棒杆菌S9114生产谷氨酸的产酸期的中心碳代谢网络。利用已经在线测量的菌体的比CO2 生成速率(CER)和比氧消耗速率(OUR)在线预测谷氨酸的生成速率。并将速率进行积分,得到的值与离线测量值进行比较,得到谷氨酸的最终浓度比离线测量的值高17%。     

串联表达NAD激酶和谷氨酸脱氢酶基因对L-谷氨酸产量的影响

由ppnk和gdh编码的NAD激酶和谷氨酸脱氢酶是L-谷氨酸合成途径中的两个重要酶。以谷氨酸生产菌CN1021基因组为模板PCR扩增ppnk和gdh基因并转化至该菌中,检测上述两个基因单独表达和串联表达对L-谷氨酸产量的影响。结果表明,当两个基因单独过表达时,其酶活性分别提高2.4和2.1倍,L-谷氨酸产量分别提高7.9%和1.4%。当将两个基因串联表达时,其酶活性分别提高2.0和1.5倍,L-谷氨酸的产量却提高了13.2%。说明过表达ppnk和gdh能够有效提高L-谷氨酸产量,且具有协同作用。     

新型表面活性剂在谷氨酸发酵中的应用

通过对预先选择的8种表面活性剂和3种溶剂作为谷氨酸发酵促进剂效果的初步筛选,得知聚氧乙烯基失水山梨醇单脂肪酸酯三季铵盐(CTTE)和二甲基亚砜(DMSO)对产酸率提高有较为明显的效果;进而从加入时间,加入剂量两个方面研究了筛选出的两种表面活性剂对谷氨酸棒状杆菌(Corynebacterium glutamicum)T-613菌体生长和谷氨酸发酵产酸的影响,同时研究了CITE和DMSO同时加入的协同效果,从而得到最佳的发酵工艺参数. 研究结果表明:菌种生长对数期(10h)加入DMSO为0. 1%(V/V),发酵中期(18h)加入(CTTE)为0. 08%(V/V),在不影响菌种生长的前提下,促使谷氨酸发酵产酸率由4. 86%提高到6. 55%,较原产量提高了36. 46%,同时发酵的周期由44h下降为36h,缩短了8h,有效的提高了生产效率;最终结合染色显微照片,分析了表面活性剂促进谷氨酸发酵的机理.