酶法产L-丙氨酰-L-谷氨酰胺重组大肠杆菌pepD/pepN基因的敲除及其发酵优化

L-丙氨酰-L-谷氨酰胺(L-alanyl-L-glutamine,L-Ala-L-Gln),是目前国内外公认的L-谷氨酰胺载体,在临床医学和营养学等领域有广泛应用。为了减少丙谷二肽在生物酶法生产过程中菌体对其降解,利用λRed同源重组系统,敲除大肠杆菌中肽酶D和氨肽酶对应的编码基因。与野生型菌株相比,双敲除突变菌株的全细胞酶活提高了0.29倍。对该菌株进行摇瓶发酵优化,得到最优培养基为(g/L):葡萄糖12、酵母提取物10、胰蛋白胨10、(NH_4)_2SO_4 1、KH_2PO_4 3、K_2HPO_4 1、MgSO_4 0.2;最优发酵温度为27℃;最佳反应条件为:Gln 200 mmol/L、Ala-Ome·HCl 200 mmol/L,反应p H 8.5,反应温度25℃。在最优条件下发酵36 h,丙谷二肽产量达到了14.51g/L反应液,是优化前的4.74倍。     

重组大肠杆菌全细胞催化合成4-羟基异亮氨酸

4-羟基异亮氨酸(4-HIL)是一种很有前景的药物,它具有促进胰岛素分泌、改善外周组织对胰岛素的抵抗性和调节血脂异常等作用,而L-异亮氨酸羟化酶(IDO)常用于4-HIL的生产。首先,克隆了苏云金芽孢杆菌来源的L-异亮氨酸羟化酶,实现了其在E. coli BL21(DE3)中的异源表达。其次,通过同源建模和蛋白质结构分析,本着将与底物氨基酸侧链结合的氨基酸残基从亲水性或长链疏水性结构突变成丙氨酸Ala的原则,对I156位点进行了定点突变,以增大底物结合口袋,扩宽底物通道进而提高4-HIL的产量。最后,对野生酶及突变酶的酶学性质、突变酶的羟基化反应体系进行研究,在最优催化条件下,分批补料转化底物进行4-HIL的生产。酶学性质结果显示,野生酶及突变酶I156A的最适温度均为25℃,最适pH均为7.0;突变酶I156A比酶活比野生酶提高了1.9倍,L-ILe转化率提高了28%。羟基化反应体系的最优转化条件为:20 mmol/L L-ILe,20 mmol/L α-酮戊二酸,8 mmol/L Fe~(2+),30 mmol/L抗坏血酸和HEPES(50 mmol/L,pH 7.0)缓冲液。在最优转化条件下,重组菌E. coli BL21/pET28a-ido~(I156A)进行分批补料转化底物,时间间隔为4 h,32 h后得到77.3 mmol/L 4-HIL,底物最高转化率98.35%。     

产丙谷二肽重组大肠杆菌的构建及发酵优化

SAET基因编码的α-氨基酸酯酰基转移酶能够以丙氨酸甲酯盐酸盐和谷氨酰胺为底物缩合生成L-丙氨酰-L-谷氨酰胺.为了使α-氨基酸酯酰基转移酶能够在大肠杆菌中过量表达,在保证氨基酸序列不变的前提下,优化密码子和m RNA二级结构,共改变了396个碱基,GC含量由原来的42.15%升高到48.22%;将优化后的基因分别与phoC启动子和色氨酸串联启动子相连并插入到不同质粒中,将重组质粒转入大肠杆菌,DH5α/p ET21a-phoC-SAET产量最高。通过对重组大肠杆菌生产L-丙氨酰-L-谷氨酰胺的条件研究发现,最佳培养基是:葡萄糖15 g/L,酵母提取物10 g/L,胰蛋白胨10 g/L,NH_4AC 5 g/L,KH_2PO_46.75 g/L,K_2HPO_42.25 g/L,MgSO_4·7H_2O0.5 g/L。最适转化条件是:将发酵液加入到含Ala-OMe·HCl 100 mmol/L,Gln 50 mmol/L的pH 9的溶液中,25℃反应1.5 h。优化后产量达到383 mg/L,是优化前的3.9倍。     

重组大肠杆菌合成光学纯L-苯基乳酸

以巨大芽孢杆菌Z2013513基因组DNA为模板,分别PCR扩增得到L-乳酸脱氢酶基因(ldh L)和葡萄糖脱氢酶基因(gdh),将gdh与ldh L分别连接至表达载体p ETDuet,获得共表达质粒p ETDuet-ldh L-gdh。经转化和验证获得重组菌大肠杆菌BL21(DE3)/p ETDuet-ldh L-gdh。十二烷基硫酸钠-聚丙烯酰胺凝胶电泳和比酶活力分析表明重组蛋白L-乳酸脱氢酶和葡萄糖脱氢酶均成功表达且具有酶活力。在37℃、200 r/min条件下,经60 min反应,催化底物苯丙酮酸合成24.26 mmol/L L-苯基乳酸。产物L-苯基乳酸光学纯度(99%),底物摩尔转化率(59.55%),结果表明此重组体系可用于高效合成高光学纯L-苯基乳酸。     

L-氨基酸氧化酶的诱导表达及生物催化合成5-氨基戊酸的研究

L-氨基酸氧化酶可以催化L-氨基酸生成酮酸等化学品,具有重要的应用前景。本研究成功将来源于红球菌(Rhodococcus opacus)的氨基酸氧化酶在大肠杆菌中表达,并首次用于生物催化合成5-氨基戊酸。结果表明:L-氨基酸氧化酶诱导表达最适温度为25℃,最适诱导剂浓度0.5 mmol/L,最适诱导时间为7 h,诱导时最佳细胞量为0.246 g/L。催化合成5-氨基戊酸时,最适底物L-赖氨酸(Lys)浓度17 mmol/L,最适p H为7.0,最适温度为37℃,最适时间为24 h,最适补加0.5%H_2O_2,添加酶与黄素腺嘌呤二核苷酸(FAD)的最适摩尔比为1∶1,最终5-氨基戊酸产量达到16.71 mmol/L。本研究成功的实现了单酶(LAAO)合成5-氨基戊酸,为简便生物合成5-氨基戊酸奠定基础。     

生物转化法应用重组谷氨酰转肽酶合成L-茶氨酸

构建了一个高效表达大肠杆菌来源的GGT重组质粒pET28a-GGT并转化E.coli BL21 (DE3),工程菌株经0.2mmol/L IPTG,20℃诱导表达8h,粗酶液的酶活达到1.5U/mL,大约是出发菌株E.coli K-12的26倍.工程菌粗酶液以267mmol/L L-谷氨酰胺和2.0mol/L乙胺作底物,37℃、pH10.0条件下反应4h,L-茶氨酸的生成量达到26.9g/L,L-谷氨酰胺的转化率为57.8%.     

枯草芽孢杆菌发酵火麻仁粕的研究

采用枯草芽孢杆菌液体发酵火麻仁粕.结果表明,底物浓度为5％(w/w)、枯草芽孢杆菌添加量15％(v/v)、转速180 r/min、碳源为1.5％ (w/v)红糖、无机氮源NH4 Cl 1％ (w/v)、0.1％MnSO4·H2O、发酵温度37℃、发酵30 h时多肽得率最高达50.5％,而发酵42 h时则游离氨基肽氮最高,达5.38％,氨基酸分析,此时发酵物的游离精氨酸占游离氨基酸的28.9％,占总蛋白质的4.44％.枯草芽孢杆菌是多肽或调味料潜在的生产应用方法.     

黄嘌呤和谷氨酰胺对枯草芽孢杆菌XGL产腺苷的影响

该研究以枯草芽孢杆菌（Bacillus subtilis）XGL为出发菌株,探究黄嘌呤和谷氨酰胺添加量及添加方式对其产腺苷的影响。结果表明,底物中添加100 mg/L黄嘌呤并在发酵16 h后持续向发酵液中流加3 g/L的黄嘌呤溶液200 mL可使腺苷产量达到34.4 g/L,相比于不流加黄嘌呤时腺苷产量（11.2 g/L）提高207%。在此基础上,再向底物中添加6 g/L谷氨酰胺,发酵32 h之后持续向发酵液中流加6 g/L的谷氨酰胺,腺苷产量达到45.8 g/L,相比于不添加谷氨酰胺腺苷产量（34.4 g/L）提高33%。因此,在B. subtilis XGL发酵过程中,可以通过底物添加和流加补料的发酵方式加入一定量的黄嘌呤和谷氨酰胺以提高腺苷产量。     

厚味γ-Glu-Ile肽的谷氨酰胺酶酶法合成

Glu-Ile可通过解淀粉芽孢杆菌源谷氨酰胺酶酶法合成。结果表明:反应得最佳底物浓度比Gln∶Ile为100∶200(mmol/L∶mmol/L),最适pH值在9~10之间,最适温度为37℃,反应时间为10h,最大产量为21.58mmol/L。γ-Glu-Ile可以增加鸡汤、牛肉汤和酱油的鲜味、厚味、酸味和甜味,且γ-Glu-Ile在鸡汤、牛肉汤和酱油中的厚味阈值分别为(0.62±0.20),(0.83±0.37),(0.91±0.29)mmol/L。商用解淀粉芽孢杆菌源谷氨酰胺酶可用于γ-Glu-Ile的酶法合成,γ-Glu-Ile因能增加鸡汤、牛肉汤和酱油中的呈味感受而作为呈味添加剂。     

小麦基质下枯草芽孢杆菌与酵母共发酵代谢特征

以小麦粉为基质,采用枯草芽孢杆菌（Bacillus subtilis）分别与汉逊酵母（Hansenula sp.）、弗比恩毕赤酵母（Pichia fabianii）、酿酒酵母（Saccharomyces cerevisiae）和鲁氏酵母（Zygosaccharomyces rouxii）共发酵,通过对还原糖、乙醇及氨基酸的检测分析其代谢特征。结果表明,汉逊酵母和枯草芽孢杆菌共发酵最利于乙醇的合成,乙醇最高含量为（740.00±28.28） mg/L。枯草芽孢杆菌分别与汉逊酵母、弗比恩毕赤酵母、酿酒酵母、鲁氏酵母共发酵时氨基酸合成代谢存在差异,分别合成10、10、12、12种氨基酸,最高总氨基酸含量分别为（210.41±18.75）μg/mL、（160.92±9.11）μg/mL、（3 957.35±261.47）μg/mL、（956.71±56.64）μg/mL,酿酒酵母与枯草芽孢杆菌共发酵时更有利于氨基酸的合成。四种发酵体系中共有氨基酸为缬氨酸、亮氨酸、异亮氨酸、脯氨酸、苯丙氨酸、组氨酸和酪氨酸,非共有氨基酸为丝氨酸、甘氨酸、丙氨酸、半胱氨酸、苏氨酸、色氨酸、谷氨酸以及谷氨酰胺。