谷胱甘肽过氧化物酶基因重组乳酸菌的优化培养及其抗逆功能

为获取谷胱甘肽过氧化物酶（glutathione peroxidase,GPx）基因重组乳酸菌NZ9000/pNZ8148-GPx（简称NG1）的最优生长条件和在模拟胃肠道环境下的抗逆性情况,采用单因素试验和响应面分析法优化NG1 的生长条件,同时对该重组菌的体外抗H2O2、抗胆汁酸盐和抗酸胁迫能力进行研究。结果表明,NG1 的最优生长条件为培养温度36 ℃、初始pH7.6、Na2SeO3 浓度59 μg/mL;NG1 对各胁迫因素的最高耐受值分别为过氧化氢（H2O2）1.5 mmol/L、胆汁酸盐0.20%、酸度pH6.0;耐受能力排序为优化培养NG1>常规培养NG1>常规培养NG0（NZ9000/pNZ8148）,说明GPx 基因的导入对乳酸菌的抗H2O2 和胆汁酸盐胁迫功能有增强作用,且在最优培养时得到强化,但对酸度耐受性无明显增强作用。     

大豆锰超氧化物歧化酶基因在乳酸乳球菌中的分泌表达

为使大豆锰超氧化物歧化酶（Mn superoxide dismutase,MnSOD）在乳酸乳球菌中高效表达,将克隆的MnSOD基因开放阅读框序列分别重组到质粒pNZ8149和经改造的质粒pNZS上,表达载体pNZ-SOD和分泌表达载体pNZS-SOD,将两者分别以电穿孔法转化乳酸乳球菌L. lactis NZ3900,经Elliker琼脂板筛选、聚合酶链式反应（polymerase chain reaction,PCR）、酶切鉴定正确后,获得的两重组菌株加入Nisin进行诱导表达,对L. lactisNZ3900/pNZ-SOD和L. lactis NZ3900/pNZS-SOD的表达产物进行十二烷基硫酸钠-聚丙烯酰胺凝胶电泳（sodiumdodecyl sulfate - polyacrylamide gel electrophoresis,SDS-PAGE）和酶活性对比分析。结果显示：L. lactis NZ3900/pNZS-SOD菌株表达SOD总活性约是L. lactis NZ3900/pNZ-SOD菌株的1.6 倍,是L. lactis NZ3900/pNZ8149的13.5倍,且可将表达的约2/3的SOD分泌到胞外,表明经改造的乳酸菌分泌表达系统L. lactis NZ3900/pNZS能够分泌表达SOD,并增强SOD的表达。     

过量表达purC基因对Lactococcus lactis NZ9000酸胁迫抗性的影响

通过在乳酸乳球菌Lactococcus lactis NZ9000中过量表达嘌呤代谢途径中编码磷酸核糖基氨基咪唑-琥珀酰胺合酶的pur C基因,测定了重组菌株在酸胁迫条件下的存活率,经p H 4. 0胁迫培养4 h后,重组菌株的存活率为对照菌株的83. 2倍。采用ATP测定试剂盒和高效液相色谱分别考察菌株胞内ATP和氨基酸含量。结果表明,重组菌株在酸胁迫条件下维持了更高的胞内ATP和氨基酸(天冬氨酸、苏氨酸、谷氨酸和γ-氨基丁酸)含量,分别通过为细胞提供能量和消耗胞内质子的方式,帮助乳酸乳球菌抵御酸胁迫。研究发现,在乳酸乳球菌中过表达pur C基因能够明显提高菌株的酸胁迫抗性,同时为进一步通过改造嘌呤代谢途径提高乳酸菌酸胁迫耐受性提供了新的思路。     

基于基因组挖掘技术的新型谷氨酸脱羧酶基因挖掘及表达鉴定

采用基因组挖掘技术,以来源于Lactobacillus brevis活性较高的谷氨酸脱羧酶（glutamate decarboxylase,GAD）LbGAD为探针,从乳酸菌（Lactococcus lactis、Lactobacillus senmaizukei）和肠球菌（Enterococcus sulfureus）的基因组中挖掘到了3 个假定的GAD基因（LlGAD、LsGAD和EsGAD）。借助pET28a质粒分别实现了这4 个基因在大肠杆菌BL21中的表达,其中LsGAD和LlGAD的表达产物可溶性较好,相应发酵液中GAD活力分别为34.17、38.91 U/mL。LsGAD的比活力、温度特性、pH值特性和Kcat/Km值也明显优于其他几个酶。此外,初步研究了全细胞催化L-谷氨酸制备γ-氨基丁酸（γ-aminobutyric acid,GABA）的工艺,6 g/L的L-谷氨酸经过24 h转化后,GABA得率最高可达58%。本研究实现了GAD从基因组数据到真实酶的跨越,获得了1 个性能优良的GAD,并初步实现了GABA的生物合成,为实现GABA低成本、规模化的生物合成提供了科学依据。     

具有溶栓活性的重组乳酸乳球菌的构建

利用PCR方法从纳豆芽孢杆菌(Bacillus subtilis subsp.natto)基因组DNA中扩增纳豆激酶原基因,构建了纳豆激酶原基因的表达载体pFY002,转化Lactococcus lactis NZ9000,得到活性表达纳豆激酶的重组菌Lactococcus lactis NZ9000/pFY002。利用纤维蛋白平板法检测其溶栓活性,并对诱导剂乳链菌肽(NisinA)的浓度、温度、诱导时间对重组菌产酶的影响进行探究。     

重组抗冻肽在乳酸乳球菌中表达及其抗冻活性研究

为了优化抗冻蛋白SF-P的重组表达,利用乳酸链球菌素Nisin对已构建的重组乳酸乳球菌进行表达。通过对诱导时间、诱导pH、诱导温度和诱导剂Nisin浓度等诱导表达条件进行优化,利用SDS-PAGE和Western blot确定最佳的表达条件;通过比较冷冻胁迫前后菌体的生长状况、发酵活力和细胞内钠钾离子含量的变化,研究重组菌在冷冻胁迫作用下的生理功能特性。结果表明:优化后的最佳表达条件为pH 7.0,诱导剂Nisin浓度15ng/mL,温度25℃,诱导时间6h;SF-P2诱导重组菌株可以显著改善乳酸菌由于经受冷冻胁迫导致的对数生长延滞期和稳定生长延滞期的增加,表现出较强的酸化活力,并且可以有效降低冷冻胁迫过程对乳酸菌细胞膜通透性的影响,起到保护细胞生理功能的作用,表明SF-P2诱导重组菌具有显著的抗冷冻胁迫保护作用。     

发芽糙米γ-氨基丁酸形成的谷氨酸脱羧酶活性与底物变化的相关性分析

以糙米为原料,采用浸泡发芽结合超声波逆境处理方式增加糙米中γ-氨基丁酸（γ-aminobutyric acid,GABA）含量。对发芽过程中谷氨酸（glutamic acid,GA）含量、谷氨酸脱羧酶（glutamic acid decarboxylase,GAD）活性及GABA含量进行分析,研究GA含量、GAD活性与GABA含量之间的关系。结果表明：随着发芽时间延长,GABA及GA含量持续明显增加,且GABA与GA含量有显著相关性（P＜0.05）。随着发芽时间延长,GAD活性呈先增后降再增的趋势;在发芽0～48?h之间,对照组GAD活性（以GABA量计）均值为9.25?nmol/g,GABA含量增加到6?倍以上;在48～60?h之间,GABA增量不明显。与对照相比,超声波处理促进GA含量增加2?倍以上,并且快速提高GAD活性,在36?h时发芽糙米中GABA含量最高达41.85?mg/100?g。     

PlnF抗菌肽在乳酸乳球菌中的分泌表达及抑菌活性鉴定

采用乳酸乳球菌表达载体对PlnF抗菌肽基因进行克隆表达,旨在使重组乳酸菌可以直接应用于食品的发酵和防腐之中。在乳酸乳球菌pNZ8149/NZ3900表达载体中,构建含有胞外表达信号肽的PlnF抗菌肽重组质粒,进一步在电阻200?Ω、电容25?μF条件下电转入NZ3900感受态内。经溴甲酚紫培养基筛选、菌落聚合酶链式反应验证、测序等鉴定正确的重组菌株,以1?ng/mL?Nisin诱导6?h后离心获得的上清液对金黄色葡萄球菌具有（14.03±0.23）mm的抑菌圈,经Tricine-十二烷基硫酸钠-聚丙烯酰胺凝胶电泳检测到在5.8～7.8?kDa间出现一条与预期大小相近的条带,进一步通过纳升液相色谱-电喷雾-串联质谱验证表明PlnF蛋白在pNZ8149/NZ3900乳酸乳球菌表达载体中正确地进行了胞外表达。     

重组谷氨酸脱羧酶的表达条件优化、纯化及酶学性质研究

为了利用从γ-氨基丁酸（GABA）高产菌株——短乳杆菌Lactobacillus brevis CGMCCNO.1306中克隆并表达的谷氨酸脱羧酶进行GABA的生物制备,研究了影响重组工程菌E.coliBL21（pET28α（＋）-gad）生长的培养基组成和攸关GAD表达水平的诱导条件,优化了这些关键因素,提高了重组GAD的表达水平。采用Ni-NTA亲和纯化方法实现了对所得重组GAD的纯化,获得了纯酶,并确定了重组GAD产生GABA的最适pH值和温度,为该酶的工业应用创造了条件。     

基于CRISPR/Cas9系统对乳酸乳球菌进行绿色荧光蛋白标记

乳酸乳球菌是治疗剂在体内运送的良好载体,研究其在体内的真实运送情况需对其进行标记。该实验利用CRISPR/Cas9系统对乳酸乳球菌(Lactococcus lactis)NZ9000进行增强型绿色荧光蛋白(enhanced green fluorescent protein, eGFP)标记,用于研究乳酸乳球菌在体内的运送,评价其作为益生菌的功能。基于该实验室已构建的乳酸乳球菌CRISPR/Cas9编辑质粒pLL25构建重组质粒pYSH,其上携带eGFP及同源臂,电转入乳酸乳球菌NZ9000感受态细胞中,将基因组中的乳酸脱氢酶基因(ldh)替换为绿色荧光蛋白基因,从而使Lactococcus lactis NZ9000获得标记,表达绿色荧光蛋白。对绿色荧光标记的Lactococcus lactis NZ9000突变株,酶标仪定量分析eGFP的表达强度。荧光强度定量分析结果表明,在乳酸乳球菌不同生长阶段,eGFP基因均能稳定表达。     

外源添加亮氨酸提高乳酸乳球菌酸胁迫抗性

在乳酸乳球菌生长过程中外源添加浓度为10mmol/L的亮氨酸,可有效提高乳酸乳球菌在酸胁迫环境下的酸耐受性。在酸性环境中(pH5.0),添加亮氨酸的菌株的生物量为对照菌株的1.24倍;经过酸胁迫(pH4.0)5h后,添加亮氨酸菌株的存活率是对照菌株的28.5倍。进一步的研究表明,亮氨酸的添加可提高胞内NH4+浓度,有效的维持酸胁迫环境下胞内pH(pHin)的稳定,并有效维持乳酸脱氢酶(LDH)的活性,从而有效提高了乳酸乳球菌对酸胁迫的抵御能力。     

基于CRISPR/Cas9系统对乳酸乳球菌进行绿色荧光蛋白标记

乳酸乳球菌是治疗剂在体内运送的良好载体,研究其在体内的真实运送情况需对其进行标记。该实验利用CRISPR/Cas9系统对乳酸乳球菌(Lactococcus lactis)NZ9000进行增强型绿色荧光蛋白(enhanced green fluorescent protein, eGFP)标记,用于研究乳酸乳球菌在体内的运送,评价其作为益生菌的功能。基于该实验室已构建的乳酸乳球菌CRISPR/Cas9编辑质粒pLL25构建重组质粒pYSH,其上携带eGFP及同源臂,电转入乳酸乳球菌NZ9000感受态细胞中,将基因组中的乳酸脱氢酶基因(ldh)替换为绿色荧光蛋白基因,从而使Lactococcus lactis NZ9000获得标记,表达绿色荧光蛋白。对绿色荧光标记的Lactococcus lactis NZ9000突变株,酶标仪定量分析eGFP的表达强度。荧光强度定量分析结果表明,在乳酸乳球菌不同生长阶段,eGFP基因均能稳定表达。     

牛凝乳酶原基因在食品级乳酸乳球菌中的重组表达

将牛凝乳酶原基因连接pNZ8149载体,并转化乳酸乳球菌NZ3900,经乳酸链球菌素Nisin诱导,测得重组菌株胞内凝乳酶活力达到0.7 SU/mL,培养基中检测不到凝乳酶活力,实现了牛凝乳酶原基因在乳酸链球菌Nisin诱导基因表达系统（nisin controlled gene expression system,NICE）中活性表达。在此基础上,将分泌信号肽SPusp45连接于pNZ8149,构建了分泌型表达载体pNZ8149s,并实现牛凝乳酶原基因在NICE系统中分泌表达。当使用1 ng/mLNisin诱导5 h后,重组菌株胞内检测不到凝乳酶活力,培养基中凝乳酶活力为1.2 SU/mL,说明pNZ8149s能够促使凝乳酶原从乳酸乳球菌中分泌。该方法为重组牛凝乳酶在食品级菌株中重组表达提供了一种可行的方案。     

Utilizing luminometry for monitoring growth of Listeria monocytogenes in its liquid or gelified monocultures and cocultures with "acid-only" Lactococcus lactis

The light output of a bioluminescent recombinant strain of Listeria monocytogenes increased parallel with its viable cell counts during the exponential phase of the growth both in aerobic monocultures and mixed cultures, but dropped significantly at the commencement of the stationary phase. Suppression of L. monocytogenes by a nisin-less strain of Lactococcus lactis occurred only as an early induction of the stationary state of the target organism. In low-salt cocultures, an inverse linear correlation was found between the logarithmic initial counts of lactic acid bacteria and the extent of growth of Listeria. Decrease of luminometric activity of the bioluminescent test organism indicate sensitively the transformation of the cells into metabolically less active stationary state as a stress-adaptive response to nutrient depletion, "metabolic crowding", or, inimical processes.     

制备富含γ-氨基丁酸酸奶的乳酸菌筛选及相关特性分析

为获得能够在乳基底物中生产富含γ-氨基丁酸(gamma-aminobutyric acid,GABA)酸奶所需的食品安全级乳酸菌,从国内市售发酵食品中分离出171株乳酸菌作为实验菌株。采用16S rDNA序列分析对实验菌株进行种属鉴定,采用改进后的高效液相色谱法(HPLC)测定发酵后GABA产量。经肉汤培养基初筛和乳基底物培养基复筛,得到一株在乳基底物中具备高产GABA潜力的乳酸乳球菌乳酸亚种(Lactococcus lactis subsp.lactis),编号4043。将该菌以3%(V/V)接种于含L-谷氨酸钠(L-Glu-Na)2 g/L的10%(m/V)乳基底物培养基中,在30℃下单菌种发酵48 h,GABA产量约0.39 g/L,在目前属于较高水平。该菌能够代谢葡萄糖、半乳糖等18种糖分。将其于30℃下接种于M17培养基中,对数生长期为2~8 h。该菌持续产酸能力较弱,在pH值3~5.5的环境中具备良好的酸耐受性,菌株自凝聚力良好,但对胆盐的耐受性极差;且属于表面弱疏水性菌株,粘附特性较差,难以在人体肠道内有效粘附与定植,不适宜作为胃肠道内益生菌。该菌可作为多菌种混合发酵生产富含GABA的酸奶的发酵剂。     

Lactococcus lactis subsp.lactis IL1403谷氨酸脱羧酶的克隆表达、分离纯化及活性研究

谷氨酸脱羧酶(GAD)是功能因子γ-氨基丁酸(GABA)生物合成过程中的重要酶。为了得到一种有高效活性的GAD基因工程菌,克隆到一种GAD基因,来源于微生物Lactococcus lactis subsp.lactis IL1403。以pET-22b(+)为载体质粒,Escherichia coli BL21(DE3)为宿主细胞,构建了基因重组菌,IPTG可诱导目的重组GAD过量表达;经亲和层析纯化的重组蛋白质样品进行SDS-PAGE分析,在约54 000处出现显著的特征蛋白质条带;活性检测结果表明,该重组GAD的转化活性比野生菌株有明显提高,野生菌株经5h细胞转化,反应底物转化率为55.8%,而工程菌20min后转化率达到82.1%,30min后转化可达到98.3%。