高产琥珀酸重组大肠杆菌的构建及厌氧发酵

以野生型大肠杆菌Escherichia coli W为出发菌株,利用Red同源重组系统分别敲除了乳酸脱氢酶基因(ldhA)、乙醇脱氢酶基因(adhE)、丙酮酸甲酸裂解酶基因(pflB)、丙酮酸氧化酶基因(poxB)和乙酸激酶基因(ackA),再通过无氧生长进化筛选过程,构建得到在厌氧条件下能有效生长,并以琥珀酸为主要发酵产物的重组大肠杆菌WS100(△ldhA,△adhE,△pflB,△poxB,△ackA)。利用15 L发酵罐进行厌氧发酵测定显示,经72 h发酵,菌体密度OD600最大值可提高至6.48,琥珀酸产量达到70.13 g/L,琥珀酸的生产强度为0.98 g/(L.h),葡萄糖-琥珀酸转化率为76%。发酵液中副产物含量低,乙酸含量为5.34 g/L,乳酸产量仅为0.15 g/L,未检测到甲酸和乙醇生成。结果表明,厌氧条件下,该工程菌可有效利用低营养成分的无机盐培养基,在不表达任何外源基因的条件下可稳定高产琥珀酸,具有极大的工业化开发前景。     

甲酸脱氢酶外源表达发酵条件优化及在L-2-氨基丁酸合成中的应用

采用摇瓶对重组大肠杆菌Escherichia coli BL21(DE3)/p ET28b-FDH外源表达甲酸脱氢酶发酵条件进行优化。结果表明,当诱导温度22℃,诱导剂IPTG浓度0.1 mmol/L,诱导时间16 h条件下,可溶性目的蛋白表达量为52.12 mg/g,相对于优化前的40.12 mg/g,提高了29.91%。在此基础上,在5 L发酵罐上对外源表达甲酸脱氢酶发酵条件进行优化。结果表明,当诱导温度22℃,诱导剂乳糖质量浓度8 g/L,诱导时间16 h条件下可溶性目的蛋白表达量为41.26 mg/g,相对于优化前的34.15 mg/g提高了20.82%。利用该条件下培养的菌体经破碎后获得甲酸脱氢酶粗酶液与适当比例的苏氨酸脱氨酶及亮氨酸脱氢酶粗酶液进行匹配,在底物L-苏氨酸质量浓度为180 g/L,辅底物甲酸铵120 g/L,NAD~+0.1 g/L,在1 L反应体系中,恒温水浴35℃,搅拌转速500 r/mim条件下,反应9 h后,底物转化率达99%以上,时空产率17.2 g/(L·h),e.e.值99.5%以上。     

温度对Zymomonas mobilis糖代谢关键酶活力和代谢流量的影响

以运动发酵单胞菌(Zynwmonas mobilis)ATCC31821为模式菌株,研究不同温度条件对其葡萄糖代谢关键酶活力的影响.采用全自动发酵罐,在整个发酵过程中通过充入氮气调节发酵液的溶氧量(DO)=0%,添加0.5mol/LNaOH溶液控制pH=5.5,发酵温度分别控制为25、30、35、40℃,发酵24h,测定其糖代谢网络中ED、HMP、TCA等途径的关键酶活力和代谢物成分.结果表明,在发酵温度为30～35℃时,乙醇脱氢酶(ADH)、葡萄糖-6-磷酸脱氢酶(G-6-PDH)、丙酮酸脱羧酶(PDC)、葡萄糖激酶(GK)、丙酮酸激酶(PK)和甘油醛-3-磷酸脱氢酶(GD-3-PDH)的活力较高,菌体的ED途径代谢活跃,碳素流量增加,乙醇生产量和糖转化率较高,而TCA途径的苹果酸脱氢酶(MDH)和异柠檬酸脱氢酶(ICDH)等活力较低,进入TCA途径的碳素流量明显减少;发酵温度为25、40℃时,TCA途径的酶活力升高,ED途径的酶活力减弱,生成乙醇的代谢流量减少,因此温度是z.mobilis发酵过程中调控菌体细胞生长和糖代谢的一个重要因素. 、葡萄糖-6-磷酸脱氢酶(G-6-PDH)、丙酮酸脱羧酶(PDC) 葡萄糖激酶(GK)、丙酮酸激酶(PK)和甘油醛-3-磷酸脱氢酶(GD-3-PDH)的活力较高,菌体的ED途径代谢活跃,碳素流量增加,乙醇生产量和糖转化率较高,而TCA途径的苹果酸脱氢酶(MDH)和异柠檬酸脱氢酶(ICDH)等活力较低,进入TCA途径的碳素流量明显减少;发酵温度为25、40℃时,TCA途径的酶活力升高,ED途径的酶活力减弱,生成乙醇的代谢流量减少,因此温度是z.mobilis发酵过程中调控菌体细胞生长和糖代谢的一个重要因素.葡萄糖-6-磷酸脱氢酶(G-6-PDH)、丙酮酸脱羧酶(PDC) 葡萄糖激酶(GK)、     

葡萄糖对光滑球拟酵母发酵生产丙酮酸的影响

在30L发酵罐中研究了初始葡萄糖质量浓度和补料方式对光滑球拟酵母WSH-IP303发酵生产丙酮酸的影响．实验确定116.4g/L左右是较为适宜的初始葡萄糖质量浓度,发酵58h时丙酮酸质量浓度和产率分别为58.0g/L和0.516g/g．采用初始葡萄糖质量浓度为53.4g/L,发酵24h分批补料至葡萄糖总质量浓度为115g/L的培养方式,发酵64h时丙酮酸质量浓度和产率分别为60.2g/L和0.559g/g;采用初始葡萄糖质量浓度为62.6g/L,发酵24h开始连续补料至葡萄糖总质量浓度为115g/L的培养方式,发酵72h时丙酮酸质量浓度和产率分别为63.3g/L和0.586g/g,与葡萄糖总质量浓度相似(115g/L)的分批发酵相比,丙酮酸产量分别提高了3.8%和9.1%．实验结果表明适宜的初始葡萄糖质量浓度能促进光滑球拟酵母发酵生产丙酮酸;尽管葡萄糖补料培养可适度提高丙酮酸的产量及产率,但生产强度却有所下降．     

乙醇对法夫酵母发酵合成虾青素的影响

利用摇瓶培养法夫酵母JMU-MVP14菌株,通过乙醇传感器检测乙醇含量,研究乙醇对法夫酵母细胞生长及虾青素合成的影响。结果表明,在10 g/L和20 g/L葡萄糖初始培养基中分别添加1～2 g/L乙醇时,均可提高虾青素的产量;而添加高浓度乙醇,则会抑制细胞生长和虾青素的合成。以10 g/L葡萄糖为初始培养基,控制发酵中恒定乙醇浓度为2 g/L,虾青素质量浓度可达到50.1 mg/L,比只添加2 g/L乙醇提高了20.3%,且虾青素细胞产率达到13.1 mg/g,葡萄糖的利用率能达到77.2%以上,说明恒定乙醇控制策略更有利于法夫酵母虾青素的合成。在10 g/L初始葡萄糖浓度,恒定乙醇浓度2 g/L,并每24 h补加5 g/L葡萄糖的优化条件下,虾青素产量最大值达到55.3 mg/L,虾青素细胞产率为19.7 mg/g,比对照组(14.1 mg/g)提高了39.7%。     

酿酒酵母pdc基因缺陷菌株的构建及其丙酮酸发酵特性

丙酮酸是一种重要的有机酸,在聚合物、化妆品、食品添加剂、医药等领域具有广泛应用。酿酒酵母被认为是丙酮酸生产的潜在最适微生物,但其糖酵解过程产生的丙酮酸会在胞质内的丙酮酸脱羧酶催化作用下降解为CO_2和乙醛,造成碳代谢流的损失。为将更多的碳代谢流引向丙酮酸合成,该研究通过敲除丙酮酸脱羧酶的3个结构基因(pdc1、pdc5和pdc6),显著地促进了丙酮酸积累,但也造成突变菌株XY-156生长缓慢。与进化之前相比,采用适应性进化策略驯化得到的菌株XY-156A,在细胞生长、葡萄糖消耗以及丙酮酸积累方面均获得显著提高;进一步利用2 L发酵罐进行批次补料发酵试验,发酵76 h丙酮酸产量可达105 g/L,生产强度为1. 38g/(L·h),得率为0. 5 g/g葡萄糖。结果表明,采用失活丙酮酸脱羧酶与适应性定向进化相结合的策略改造酿酒酵母,能够实现其高效积累丙酮酸,可为生物基丙酮酸工业化生产奠定坚实的基础。     

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。     

重组甘油单酯脂肪酶GMGL的高效表达及固定化

该研究以来源于海洋地衣芽孢杆菌的甘油单酯脂肪酶GMGL为研究对象,在5 L发酵罐中优化了重组大肠杆菌的发酵条件,确定了最佳诱导培养条件：诱导温度25 ℃,发酵培养基pH 7.0,发酵液菌体OD600达到20时添加IPTG至终浓度为1 mmol/L,葡萄糖流加方式为变速流加。诱导培养24 h,菌体湿重达到125.40 g/L,发酵液活力为1985 U/mL,较优化前（1185 U/mL）提高了67.50%。进一步对GMGL进行固定化研究,确定最佳固定化条件为：酶载量为100 mg/g,磷酸盐缓冲液离子强度为0.50 mol/L,pH为9,优化后固定化GMGL的活力为4770 U/g,较优化前（1650 U/g）提高了189.09%。利用扫描电镜（SEM）和傅里叶红外光谱（FT-IR）对固定化酶进行表征,证实GMGL成功负载在ECR8285上。上述结果表明将为高活力甘油单酯脂肪酶的高效制备提供了一定的研究依据。     

乳酸脱氢酶与葡萄糖脱氢酶偶联催化合成D-苯基乳酸

D-苯基乳酸(D-phenyllactic acid,D-PLH)是一种理想的天然防腐剂,具有广谱抗菌活性。实验构建了1株乳酸脱氢酶重组大肠杆菌E.coli BL21(DE3)/pET28a-ldh,并对其诱导表达条件进行了优化。在最优条件下(当OD_(600)值达到0.8时,添加乳糖8 g/L,在28℃下诱导8 h),重组乳酸脱氢酶比酶活达到298.8 U/g(干菌体)。建立了乳酸脱氢酶和葡萄糖脱氢酶双酶偶联催化体系,并应用于苯丙酮酸钠还原生成D-苯基乳酸。对反应条件,包括温度、pH值、两重组菌质量比和葡萄糖浓度进行了优化,在最优反应条件下,D-苯基乳酸累积质量浓度达到18.03 g/L,时空产率为162.27 g/(L·d),ee99%。双酶耦联催化体系是D-苯基乳酸合成的有效工具,显示了良好的应用前景。     

肌酐酶在大肠杆菌中外源表达及发酵优化

肌酐酶(creatininase, CA)是一种应用于体外检测试剂的重要工具酶，目前主要由微生物法生产，存在产量低和活性差的问题，限制了其实际应用。该研究通过全基因合成和异源表达构建了重组大肠杆菌BL21(DE3)/pET28a-CA,获得了高性能CA。通过单因素试验和响应面设计分析确定最优培养基组成，并系统地优化了发酵条件，从而提高了CA表达量。培养基优化实验结果表明，最优培养基各组分为：葡萄糖10.33 g/L、酵母浸粉21.80 g/L、磷酸盐137.63 mmol/L和胰蛋白胨15.60 g/L。经过5 L发酵罐发酵工艺优化，极大地提高了CA的活力，在接种量4%、诱导温度25℃、诱导时间18 h、异丙基-β-D-硫代半乳糖苷浓度0.2 mmol/L、溶氧值30%条件下，其活力达到470.24 U/mL,比酶活力为367.38 U/mg。该研究为CA的生产和工业化应用提供了理论基础和技术支持。     

响应面法优化重组亚油酸异构酶产酶条件

共轭亚油酸(CLA)广泛存在于多种食物中,具有减肥、抗癌、抗动脉粥状硬化和抗糖尿病等诸多生理活性。为了获得活性CLA高产,本文将突变的亚油酸异构酶克隆到大肠杆菌中表达,单因素试验确定最优产酶条件为发酵时间18 h、IPTG诱导浓度0.2mmol/L、20%装液、培养基初始p H7、诱导前菌体生物量OD_(600)=0.4、LA浓度0.5mg/m L、离子浓度0.02%;在此基础上采用响应曲面法优化重组大肠杆菌培养条件提高生产亚油酸异构酶的能力,根据响应面法实验结果分析显示,发酵时间、诱导前生物量和LA浓度对重组亚油酸异构酶的表达有显著影响且均为正效应。三个影响因素最佳组合为发酵时间19.5h、诱导前生物量OD600=0.47和LA浓度0.57 mg/mL,此时预测亚油酸异构酶催化LA转化为CLA最大量为143.33μg/m L。验证显示,发酵CLA的产量为141.75±0.14μg/m L,与预测产量相符;通过优化设计,提高了107.5%。     

甘油替代葡萄糖作为碳源生产丙酮酸

光滑球拟酵母是重要的丙酮酸工业生产菌株,主要利用葡萄糖作为碳源生产丙酮酸。该研究以产量大且价格便宜的甘油部分替代葡萄糖并控制碳源组成为80 g/L葡萄糖和20 g/L甘油,摇瓶条件下发酵52 h,丙酮酸产量达到27.6 g/L,在7 L发酵罐上最终丙酮酸产量为61.7 g/L,与碳源为100 g/L葡萄糖的对照条件相比,几乎没有任何变化。由于碳源是培养基的主要成分,用甘油替代葡萄糖可以降低丙酮酸生产的原料成本,减轻由于大量生物柴油合成造成的甘油产能过剩问题。     

克雷伯氏菌乙醛脱氢酶基因过表达及产乙醇发酵工艺优化

为获得高效产乙醇的基因重组菌,该研究从克雷伯氏菌（Klebsiella sp.）WL1316中克隆乙醛脱氢酶aldh基因,进行同源过表达,考察其利用木质纤维素水解液中葡萄糖和木糖的能力,并以乙醇含量为响应值,通过单因素试验及响应面试验对其发酵稻草水解液产乙醇的工艺条件进行优化。结果表明,成功构建了同源过表达aldh基因的重组菌株aldh-pET-28a-Klebsiella sp. WL1316,其保持了野生菌株Klebsiella sp. WL1316利用木质纤维素水解液中葡萄糖和木糖的特性,且发酵稻草水解液产乙醇的最优发酵工艺为发酵时间60 h,异丙基硫代半乳糖苷（IPTG）诱导浓度1.5 mmol/L,发酵培养基初始pH值7.3,初始还原糖含量59 g/L。在此最优工艺条件下,重组菌株的乙醇含量为（5.39±0.51）g/L,是野生菌株[（3.67±0.32）g/L]的1.47倍,表明aldh基因的过表达促进了乙醇产量的提高。     

在酿酒酵母中共表达sXYLA和XKS1及木糖发酵的初步研究

为改善重组酵母发酵木糖生产乙醇的能力,将定点突变改造后的Thermus thermophilus木糖异构酶基因sXYLA克隆到酵母表达载体pYX212并用于转化酸酒酵母Saccharomyces cerevisiae YPH499进行表达研究。酶活检测表明,改造后的木糖异构酶活性是未改造的1.91倍。在此基础上将改造后具有良好特性的木糖异构酶基因sXYLA和来自酸酒酵母的木酮糖激酶基因XKS1耦联,构楚得到重组表达质粒pYX-sXYLA- XKS1,在酿酒酵母YPH499中实现组成型共表达。结果表明,在84 h时重组菌发酵液酶活达到最高,木糖异构酶为0.624 U/mg蛋白,木酮糖激酶为0.688 U/mg蛋白。以葡萄糖和木糖为混合碳源初步进行半通氧发酵,代谢产物分析表明酸酒酵母重组菌木糖的消耗为4.75 g/L,乙醇的产量为0.839 g/L,分别比出发菌提高20.9%和14.8%,为酿酒酵母利用木糖发酵乙醇奠定基础。     

以两阶段流加策略在大肠杆菌中生产褐色嗜热裂孢菌葡萄糖异构酶

为达到褐色嗜热裂孢菌葡萄糖异构酶在大肠杆菌中的过量表达,褐色嗜热裂孢菌葡萄糖异构酶的编码基因被植入含有T7强启动子的表达载体p ET-24a(+)中,并转入重组大肠杆菌BL21(DE3)进行表达,于3L发酵罐中采用两阶段补料策略进行高密度发酵产酶。在诱导前阶段,设定比生长速率μset=0.25,补料流加速率以指数方式增长;在诱导阶段,根据诱导后培养基中甘油残留量和乙酸的积累量,补料流加速率以梯度方式下降。在此流加策略下进一步考察影响发酵产酶的诱导强度、诱导节点、诱导温度和复合氮源的添加量等因素。最终根据两阶段流加策略,在乳糖流加速率0.2 g/(L·h),诱导时菌浓(DCW)30 g/L,诱导温度25℃和适量添加复合氮源的条件下,1 m L发酵液的菌体细胞内重组GIase产量达到124 U,这是通过菌体发酵产GIase获得的最高产量。     

产高纯度L-乳酸大肠杆菌基因工程菌的初步研究

本文以鼠李糖乳杆菌(Lactobacillus rhamnosus)基因组为模板,扩增出L-乳酸脱氢酶基因ldh,将其连接到表达载体pSE380,转化到D-乳酸脱氢酶及丙酮酸甲酸裂解酶双缺失的大肠杆菌FMJ144中,摇瓶发酵得到3.5g/L的高纯度为99%的L-乳酸。     

1,3-丙二醇氧化还原酶同功酶基因yqhD在肺炎克雷伯氏菌中的表达研究

以大肠杆菌(Escherichia coli)基因组为模板,PCR扩增出1,3-丙二醇氧化还原酶同功酶基因yqhD,经测序确认,将yqhD基因与四环素抗性基因TetR同时插入表达载体pUC18构建重组质粒pUC18-yqhD-TetR,重组质粒转化Klebsiella pneumoniae ME308;37℃,经1.0mmol/LIPTG诱导8h,重组肺炎克雷伯氏菌中1,3-丙二醇氧化还原酶同功酶的酶活力达到4.16U/mg,而对照菌株的酶活仅为0.62U/mg;将重组菌在摇瓶中进行微氧发酵培养,经IPTG诱导,可将60g/L甘油转化为33.8g/L1,3-丙二醇。     

醋酸菌产乙醇脱氢酶发酵条件的研究

该研究对醋酸菌（Acetobacter pomorum）产乙醇脱氢酶（ADH）的发酵培养基的碳源和氮源进行了优化。采用单因素试验和响应面试验考察发酵温度、发酵时间、起始pH及接种量对乙醇脱氢酶比酶活的影响。在单因素试验的基础上,采用响应面试验进行发酵条件优化。结果表明,最佳发酵培养基配方为葡萄糖0.8%,酵母浸膏粉1.2%;最佳发酵工艺为发酵温度35 ℃、发酵时间72 h、起始pH 6.0、接种量6%。在此工艺条件下,ADH的比酶活为7 284 U/mg,与预测值（7 320 U/mg）的相对误差为0.49%。     

大肠杆菌表达古菌基因的发酵条件研究

对重组大肠杆菌BL21(DE3)表达古菌基因的发酵条件进行了研究,最终确定葡萄糖浓度为10g/L,蛋白胨浓度为19g/L,酵母膏浓度为11.5g/L,硫酸铵浓度为4g/L,磷酸盐浓度为100mmol/L,硫酸镁浓度为10mmol/L.当菌体密度(OD600)达到7.0左右时,加入乳糖至终浓度1g/L,继续诱导培养8h,古菌高温酸性α-淀粉酶酶活力最高达192U/mL.在分析了该菌对葡萄糖利用情况的基础上,对该菌进行了pH-stat流加培养,36h菌体浓度与高温酸性α-淀粉酶活力分别达到67和600U/mL,比摇瓶最好结果分别提高了5.1和3.1倍.     

重组大肠杆菌产谷氨酰胺转氨酶培养基及发酵条件优化

对已构建好的表达谷氨酰胺转氨酶的大肠杆菌Rosetta DE3的摇瓶培养条件及发酵条件进行优化,所获优化培养基配方为葡萄糖4.0g/L,酵母膏3.0g/L,NH4Cl 4.0g/L,Na2HPO42.0g/L,K2HPO41.0g/L,MgSO4.7H2O 1.0g/L,NaCl 3.0g/L。得菌株发酵培养的最佳优化条件为装液量为25mL,接种量为5%,加IPTG浓度为0.6mmol/L,诱导时间为4h。