产L-丝氨酸谷氨酸棒杆菌诱变后突变基因对生长和产酸的影响

在前期研究中,通过比较基因组学分析发现产L-丝氨酸野生型谷氨酸棒杆菌SYPS-062及其突变株SYPS-062-33a之间有12个基因突变。对其中5个差异基因进行回复突变或敲除的研究,发现丙酮酸脱氢酶亚基ace E点突变与突变株SYPS-062-33a副产物积累量直接相关。在此基础上其余7个突变基因对菌株产酸和生长的影响将进一步研究,在高产L-丝氨酸谷氨酸棒杆菌ΔSSAAI中分别敲除这7个基因,发现敲除基因SD36_RS01255后,菌株OD562下降25.8%,L-丝氨酸产量下降26.4%,仅积累19.25 g/L。通过比对NCBI蛋白数据库,对基因SD36_RS01255编码的蛋白进行功能预测分析,发现其编码的蛋白部分区域与质粒pRi A4b ORF-3编码的蛋白类似,参与DNA修复。敲除基因SD36_RS01255影响DNA的修复,从而造成菌株生长和L-丝氨酸产量的下降。而过表达基因SD36_RS01255对谷氨酸棒杆菌ΔSSAAI的生长、L-丝氨酸的产量却未造成显著影响。     

调控NADH/NAD~+对重组谷氨酸棒杆菌产L-丝氨酸的影响

在谷氨酸棒杆菌中,L-丝氨酸由糖酵解中间产物3-磷酸甘油酸经过3步反应生成,这个过程产生2个NADH,而L-丝氨酸的合成过程并不涉及NAD~+的生成,多余的NADH是否会影响菌株的生长及产L-丝氨酸?该研究通过外源添加NAD~+的前体物质烟酸,内源表达NADH氧化酶编码基因nox A,考察调控NADH/NAD~+对Corynbacterium glutamicum SYPS-062 33aΔSSAAI生长和产L-丝氨酸的影响。结果表明,添加不同浓度烟酸,菌株的L-丝氨酸产量、生物量及糖耗较未添加时略有提高。而通过加强表达NADH氧化酶编码基因nox A,构建重组菌Corynbacterium glutamicum SYPS-062 33aΔSSAAI-nox A,重组菌中NADH氧化酶比酶活是出发菌的11.6倍,L-丝氨酸产量达到28.93 g/L,较出发菌提高9.0%,糖酸转化率达到0.29 g/g蔗糖,较出发菌提高7.4%,OD562最大值为51.38,较出发菌提高6.6%,说明NADH氧化酶的过表达能够促进重组菌株的生长及碳源利用,提高菌株的L-丝氨酸产量。     

外源调控叶酸代谢对谷氨酸棒杆菌SYPS-062积累L-丝氨酸的影响

通过外源添加叶酸合成前体对氨基苯甲酸、叶酸途径抑制剂氨甲喋呤扰动叶酸代谢,考察了叶酸对谷氨酸棒杆菌SYPS-062合成L-丝氨酸的影响。实验结果表明,添加对氨基苯甲酸(0~0.4μg/mL)能够促进菌体的生长(最大值为7.8±0.24 g/L),但可显著降低其产酸能力;而添加氨甲喋呤(0~100μg/mL)抑制了谷氨酸棒杆菌SYPS-062的生长,但可提高其单位菌体产酸的能力;代谢通量分析表明,作为调控点的叶酸代谢在SYPS-062生长及积累L-丝氨酸中占主导地位。     

紫外和He-Ne 激光复合诱变获得高产γ - 聚谷氨酸产生菌的研究

以地衣芽孢杆菌(Bacillus licheniformis)BCPG006为出发菌株,通过紫外线和He-Ne激光复合诱变处理,后将诱变菌悬液涂布到抗性平板,选育出一株高产γ-聚谷氨酸的突变株BCPG078,经过摇瓶发酵,培养温度37℃、初始pH7、摇床转速220r/min、培养周期72h,测得γ-聚谷氨酸的产量为16g/L,为出发菌γ-聚谷氨酸的产量(6g/L)的2.67倍。传代实验证明,该突变株遗传性能稳定。说明紫外线和He-Ne激光复合诱变是γ-聚谷氨酸产生菌地衣芽孢杆菌有效的选育方法。     

常压室温等离子体诱变与微生物液滴培养系统联用筛选L-组氨酸产生菌

利用常压室温等离子体（ARTP）诱变技术,对野生型谷氨酸棒杆菌（Corynebacterium glutamicum）ATCC 14067诱变处理。通过全自动高通量微生物液滴培养系统（MMC）和平板选育组氨酸结构类似物的抗性突变株。使用48孔板发酵初筛及摇瓶发酵复筛,最终从耐受3-氨基-1,2,4-三氮唑10 g/L和D-组氨酸8 g/L的抗性突变株中筛选得到菌株Cg-F4,其L-组氨酸产量为（0.561±0.016）g/L,并且经过7次连续传代实验验证了该菌株稳定性良好。     

谷氨酸棒杆菌L-色氨酸营养缺陷型突变 及其高产菌株的选育

目的以谷氨酸棒杆菌(Corynebacterium glutamicum)HX-22为出发菌株,研究了目标发酵产物L-色氨酸合成途径交叉反馈抑制途径代谢突变与色氨酸分解代谢类似物抗性的营养缺陷型突变诱导过程及L-色氨酸高产复合突变菌株的筛选。方法采用硫酸二乙酯、紫外线、钴60γ-射线等诱变方法交叉处理起始与突变菌株,通过营养缺陷表型和自杀代谢底物抗性的筛选方法,定向突变和选育L-色氨酸合成与分解代谢突变的色氨酸高产菌株。结果通过多次连续营养缺陷型诱变选育,筛选出一株具有分支酸-Trp/Phe/Tyr代谢途径L-Phe和L-Tyr合成缺陷型和L-Trp分解代谢自杀代谢底物抗性的L-色氨酸高产菌HX22-118(ΔPhe~--ΔTyr~--5FT~r-4FP~r-SG~r);通过连续传代10次发酵,色氨酸产酸最高达到28.4 g/L,平均27.1g/L,较出发菌株HX22产酸水平提高81.8%。结论选育出的高产菌株具有多重代谢途径突变(ΔPhe~--ΔTyr~--5FT~r-4FP~r-SG~r),突变体具有良好的遗传稳定性,具有后续工业化生产应用潜力。     

加强表达3-磷酸甘油醛脱氢酶对谷氨酸棒杆菌产L-丝氨酸的影响

在谷氨酸棒杆菌(Corynebacterium glutamicum)中,由3-磷酸甘油醛脱氢酶(glyceraldehyde-3-phosphate dehydrogenase,GAPDH)催化的反应是糖酵解途径的限速步骤,该反应还直接影响了L-丝氨酸的前体3-磷酸甘油酸的合成。研究首先比较了产L-丝氨酸的野生型菌株C.glutamicum SYPS-062与模式菌株C.glutamicum ATCC14067的GAPDH酶活力,发现SYPS-062的GAPDH酶活力比ATCC14067高了55.8%。进一步采用在C.glutamicum33a△SS基因组上增加gap A拷贝数的方法加强表达GAPDH,构建了重组菌C.glutamicum33a△SS-2gap A。重组菌GAPDH转录水平和酶活力分别提高119%和53%,最大比生长速率提高10.6%,总糖耗速率提高4.4%,L-丝氨酸产量提高17.4%,糖酸转化率提高12.2%,生产强度提高17.4%。结果表明,加强表达GAPDH能够提高重组菌的生长和糖耗速率,并能够提高L-丝氨酸的产量、糖酸转化率和生产强度。     

基于常压室温等离子体技术诱变选育D-乳酸高发酵速率菌株

为了提高D-乳酸的发酵产率,以选育获得的D-乳酸高产菌Sporolactobacillus sp.Y2-8为出发菌株,采用常压室温等离子体技术对其进行诱变。利用高糖-溴甲酚绿高通量筛选平板及摇瓶发酵复筛,最终筛选获得一株具有良好遗传稳定性的D-乳酸高发酵速率突变株Y90s-1,其D-乳酸发酵产率达1.05g（/L·h）,比出发菌株提高了36.3%。      

常压室温等离子诱变选育L-色氨酸高产菌株

为了提升发酵法产L-色氨酸的生产效率,使用常压室温等离子(atmospheric and room temperature plasma, ARTP)诱变育种技术,并结合结构类似物抗性定向筛选的方法,选育高产色氨酸菌株。将出发菌Escherichia coli AC-1042经过ARTP诱变处理后,在抗性培养基平板上筛选具有5-甲基色氨酸、对氟苯丙氨酸抗性的突变菌株,选取产酸高、遗传稳定的菌株重复进行ARTP诱变处理和抗性筛选,不断提高菌株对结构类似物的抗性水平。经过多次ARTP诱变处理和抗性筛选,获得1株色氨酸高产菌株ACTRP104,经过30 L发酵罐培养44 h后L-色氨酸质量浓度可以达到61.65 g/L,葡萄糖转化率达到20.64%,比出发菌分别提高了20.69%和17.81%。结果表明,ARTP诱变和结构类似物抗性筛选相结合,可以有效地获得色氨酸高产突变菌株,大大提高色氨酸的发酵生产技术水平,获得的色氨酸高产菌株ACTRP104具有较好的工业化应用前景。     

耐高糖、高渗透压D-核糖高产菌株的选育及其发酵培养

以产D-核糖40g/L-45g／L的枯草芽孢杆菌突变株BFD-100810为出发菌株通过紫外线、硫酸二乙酯等方法诱变处理,获得一株核糖高产突变株BFD-101106。对该突变株的产核糖能力进行了验证,并对发酵条件进行了研究。     

代谢工程改造谷氨酸棒杆菌合成四氢嘧啶

为了获得四氢嘧啶生产菌株并利用此菌株提高四氢嘧啶产量,以谷氨酸棒杆菌（Corynebacterium glutamicum）野生菌株ATCC13032为研究对象,以赖氨酸积累量为评价指标,强化了天冬氨酸-β-半醛合成代谢流;通过阻断赖氨酸输出通道LysE,表达不同来源的四氢嘧啶操纵子ectABC,获得了四氢嘧啶生产菌株;通过强化天冬氨酸转氨酶和还原型烟酰胺腺嘌呤二核苷酸磷酸（NADPH）再生途径,进一步提高四氢嘧啶产量。结果表明,构建了一株高产赖氨酸的谷氨酸棒杆菌工程菌株LYS-3,赖氨酸积累量为28.48 g/L;表达操纵子HEectABC的谷氨酸棒杆菌ECT-3四氢嘧啶产量达到17.21 g/L;过表达基因aspC和ECpntAB谷氨酸棒杆菌ECT-6,摇瓶发酵四氢嘧啶产量达到21.85 g/L。研究结果可为天冬氨酸-β-半醛衍生物的生物合成提供参考。     

丝氨酸吸收系统多基因敲除对大肠杆菌产L-丝氨酸的影响

sst T、cyc A、sda C和tdc C是大肠杆菌L-丝氨酸的四个吸收基因,本文在前期吸收基因单基因敲除菌的基础上,系统研究了四个吸收基因不同组合敲除对菌株生长及L-丝氨酸生产的影响。摇瓶发酵结果表明,在11个多基因敲除突变菌中,sst T·sda C双基因敲除菌,sst T·sda C·tdc C和sst T·cyc A·sda C三基因敲除菌的L-丝氨酸产量与对照相比有明显提升,分别达到271.11、312.58和322.57 mg/L;sst T·cyc A·sda C·tdc C四基因敲除菌的L-丝氨酸产量最高,达到了450.58 mg/L,是对照菌的6倍。在菌株生长方面,双基因敲除菌和三基因敲除菌的生长量优于对照菌或者与对照菌相近,而四基因敲除菌的生长量与对照菌相比则下降了28%。      

常温常压等离子体诱变选育高产L-异亮氨酸谷氨酸棒杆菌

以谷氨酸棒杆菌（Corynebacterium glutamicum）23798为原始菌株,对其进行常温常压等离子体（ARTP）诱变,以磺胺胍抗性和氨基酸与茚三酮特异显色为筛选标记,以期得到高产L-异亮氨酸的诱变谷氨酸棒杆菌,并对其遗传稳定性进行研究。结果表明,原始菌株23798经过ARTP诱变处理180 s后,经0.4 mg/mL磺胺胍抗性筛选、多孔板高通量筛选、发酵培养复筛,选育出一株高产L-异亮氨酸诱变谷氨酸棒杆菌（Corynebacterium glutamicum）B1。该菌株在摇瓶中发酵培养48 h,L-异亮氨酸产量达18.5 g/L,比原始菌株提高62.03%,且遗传性状稳定。     

代谢工程改造谷氨酸棒状杆菌促进L-异亮氨酸发酵合成的研究进展

L-异亮氨酸作为必需氨基酸具有多种生理功能,对人体和动物健康有重要的调节作用。微生物发酵是工业生产L-异亮氨酸的主要方式,而谷氨酸棒状杆菌（Corynebacterium glutamicum）是L-异亮氨酸发酵生产的主要菌株,主要通过筛选和随机诱变得到,其遗传背景不明且很难通过诱变进一步提高产量,因而通过代谢工程改造谷氨酸棒状杆菌生产L-异亮氨酸成为近年来研究热点。该文综述了近年来代谢工程改造谷氨酸棒杆菌促进L-异亮氨酸生物合成的相关研究,主要涉及代谢通量调控、解除反馈抑制、强化还原型烟酰胺腺嘌呤二核苷酸磷酸（NADPH）水平以及提高产物分泌能力等方面,对进一步改造菌株和促进L-异亮氨酸发酵合成具有一定的参考意义。     

基于基因转录和代谢物分析的异亮氨酸生产菌谷氨酸棒状杆菌YILW的理性改造

为获得异亮氨酸生产菌谷氨酸棒状杆菌（Corynebacterium glutamicum）YILW的理性改造策略,考察该菌株与出发菌株C. glutamicum ATCC 13032异亮氨酸合成途径中关键酶及代谢产物的差异。结果表明,C. glutamicumYILW丙酮酸羧化酶编码基因pyc的下调表达使得其胞内草酰乙酸含量降低,过表达该基因显著增加胞内草酰乙酸含量及异亮氨酸产量（分别从1.32 μmol/g（细胞干质量,下同）和5.18 g/L提高至3.32 μmol/g和5.81 g/L）,但副产物赖氨酸及胞内2-酮丁酸积累量提高。针对该问题采用强启动子替换手段过表达ilvBNC操纵子,使得其异亮氨酸产量提高至6.63 g/L。为进一步增加异亮氨酸合成,过表达输出载体编码基因brnE和brnF,其产量提高至7.31 g/L,较出发菌株C. glutamicum YILW提高41.1%,转化率提高40.0%。由此可见,在基因转录及代谢物分析结果指导下理性过表达pyc、ilvBNC操纵子及brnE和brnF能够显著提高异亮氨酸产量并降低副产物浓度。     

谷氨酸棒状杆菌葡萄糖代谢阻断工程菌的构建

采用反向代谢工程的策略,以谷氨酸棒杆菌ATCC 13032野生型为出发菌株,利用无抗性标记的同源重组方法,敲除了编码葡萄糖pts系统关键转运蛋白基因ptsG、ptsH-ptsI和葡萄糖转运系统关键转运蛋白基因abc、abc2和iolt1,得到了5株逐次敲除了相应基因的突变株。结果表明:当以葡萄糖为唯一碳源培养时,CGΔptsG菌株的葡萄糖的消耗是野生型的50%,菌体OD值为1.473;CGΔptsH-ptsI菌株的葡萄糖的消耗是野生型的39.5%,菌体OD值为1.226;CGΔabc菌株的葡萄糖的消耗是野生型的36%,菌体OD值为1.092;CGΔabc2菌株的葡萄糖的消耗是野生型的26.2%,菌体OD值为0.486;CGΔiolt1葡萄糖的消耗和菌体生长OD值为0,实现了谷氨酸棒状杆菌葡萄糖代谢的阻断,说明ptsG、ptsH-ptsI、abc、abc2和iolt1所编码的转运蛋白具有葡萄糖转运功能。     

基于低拷贝质粒的高产紫色杆菌素谷氨酸棒杆菌的构建和发酵

该研究以公认安全(Generally Recognized as Safe,GRAS)的谷氨酸棒杆菌(Corynebacterium glutamicum)为宿主,构建高产紫色杆菌素的重组菌株。利用谷氨酸棒杆菌天然大质粒pTET3的复制与分配元件,构建了低拷贝质粒pOK12CG1,该质粒在谷氨酸棒杆菌中的拷贝数约为6拷贝/基因组,且与谷氨酸棒杆菌常用质粒pEC-XK99E和pXMJ19兼容。以低拷贝质粒pOK12CG1为骨架构建了携带紫色杆菌素合成操纵子(vioABCDE)的质粒pCGvio,并分别以谷氨酸棒杆菌标准株ATCC 13032和插入序列(Insertion Sequence,IS)元件删除株为宿主,构建了7株合成紫色杆菌素的重组菌株。通过初步筛选,发现基于低拷贝质粒的重组菌株ATCC13032/p CGvio,其紫色杆菌素产量(508.24 mg/L)高于基于中高拷贝质粒的重组菌株ATCC 13032/pECvio(376.16 mg/L),而基于低拷贝质粒的IS元件删除重组菌株ISDM023/pCGvio紫色杆菌素产量达到了610.13mg/L。进一步采用正交实验设计对重...     

谷氨酸棒杆菌3-脱氧-α-阿拉伯庚酮糖酸-7磷酸合成酶基因的克隆与过量表达

本实验对谷氨酸棒杆菌(Corynebacterium glutamicum) AS10111及其亚硝基胍诱变获得的丙氨酸和酪氨酸双营养缺陷型、抗3- 甲基色氨酸突变菌株JLC1 中3- 脱氧- α- 阿拉伯庚酮糖酸-7 磷酸合成酶(DS)基因进行克隆和序列分析,将突变体来源DS 基因构建pZ8-1-DSM 重组质粒,在谷氨酸棒杆菌突变株JLC1 中进行表达,重组菌株JLC1(pZ8-1-DSM)DS 酶活力分别是宿主菌和野生型菌株DS 酶活力的5.9 和7.3 倍,色氨酸产量达到14.90g/L,较宿主菌提高了65%。这表明通过在谷氨酸棒杆菌中过量表达3- 脱氧- α- 阿拉伯庚酮糖酸-7 磷酸合成酶基因可以有效提高该酶活力和色氨酸的产量。     

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.     

谷氨酸棒状杆菌合成L-高丝氨酸的代谢改造与发酵条件探究

目的:本研究以谷氨酸棒状杆菌ATCC 13032为底盘细胞,构建1株L-高丝氨酸合成菌株并分析溶氧环境对其产物合成的影响。方法:首先通过外源添加0～40 g/L的L-高丝氨酸分析谷氨酸棒状杆菌的产物耐受性;随后,通过基因thrB敲除阻断L-高丝氨酸的降解途径,获得谷氨酸棒状杆菌重组菌H1;在此基础上利用挡板摇瓶进行细胞培养以增强发酵过程中氧气供给能力。结果:与大肠杆菌相比,谷氨酸棒状杆菌对L-高丝氨酸具有更强耐受性。研究中通过敲除基因thrB构建了L-苏氨酸缺陷型谷氨酸棒状杆菌重组菌H1,发现基础培养基中加入0.5 g/L的L-苏氨酸后,该重组菌生长恢复正常水平。挡板摇瓶条件下重组菌H1的L-高丝氨酸产量增加至836.7 mg/L,较普通摇瓶产量44.6 mg/L提高了17.76倍。结论:通过阻断L-苏氨酸的合成,成功构建L-高丝氨酸合成菌株谷氨酸棒状杆菌H1,并且发现利用挡板摇瓶增强发酵过程中供氧能力是促进谷氨酸棒状杆菌高效合成L-高丝氨酸的有效手段,为后续提高L-高丝氨酸发酵产量提供了参考。