黑曲霉中葡萄糖氧化酶基因的克隆及其在毕赤酵母中的表达

为了提高葡萄糖氧化酶的生产能力,提取和纯化了黑曲霉Aspergillus niger PCTC的基因组DNA,以此为模板进行PCR扩增获得葡萄糖氧化酶基因,经测序,所得基因全长1 772 bp,编码含有589个氨基酸的蛋白质。将目的基因和表达载体pPIC9K连接经电转化导入毕赤酵母GS115中,在甲醇诱导和α信号肽的转运下,将葡萄糖氧化酶分泌到胞外。经G418梯度抗性平板和显色平板的初筛以及摇床复筛,获得了一株产葡萄糖氧化酶活力较高的菌株,该株菌在30℃、180 r/min的培养条件下,经0.5%的甲醇诱导发酵4 d可获得0.342 U/mL的酶活。对该菌株进行了摇瓶产酶条件优化,其最佳发酵条件为:200 r/min、pH 5、接种体积分数50%、25℃下经1.5%甲醇诱导7 d,酶活达到25 U/mL。实验结果表明:葡萄糖氧化酶基因已经成功转入毕赤酵母,并获得相当的产量。     

黑曲霉糖化酶基因在毕赤酵母中的克隆和表达

从高产糖化酶的黑曲霉的cDNA文库中筛选出糖化酶基因,并研究在毕赤酵母中的表达情况。运用RT-PCR从黑曲霉cDNA文库中克隆糖化酶基因的cDNA片段与载体pPIC9K相连,构建重组载体,电转化毕赤酵母GS115,筛选阳性克隆并进行研究。阳性克隆在MM培养基中发酵72 h和1%的甲醇的诱导的情况下,重组毕赤酵母产生的糖化酶酶活最大为15.6 U/mL。测定结果显示,其糖化酶大小为1 908 bp,编码636个氨基酸残基组成的蛋白质。经柱分离纯化其发酵上清液后,用SDS-PAGE电泳方法,测得分子质量大约为80 ku。黑曲霉糖化酶基因在毕赤酵母GS115中成功得到了表达。     

黑曲霉XZ-3S木聚糖酶基因xynZF-2在毕赤酵母中的高效表达

将黑曲霉XZ-3S木聚糖酶基因xyn ZF-2(成熟肽碱基)插入表达载体p PIC9K中,SalⅠ线性化后电击转化毕赤酵母GS115,经MD平板、G418梯度和摇瓶复筛筛选出多克隆阳性转化子。选择28h的种子,每隔24h补加1.5%的甲醇,发酵96h后,比酶活可达13210U/mg;SDS-PAGE分析表明,该蛋白相对分子质量为23.0ku;重组酶最适作用温度为45℃,最适作用p H为5.0,在温度35~40℃、p H5~7条件下有良好的稳定性,Ca2+对酶的激活作用最明显。     

葡萄糖氧化酶基因在黑曲霉中的分泌表达

通过PCR扩增从一株葡萄糖氧化酶生产菌黑曲霉中克隆得到1818bp葡萄糖氧化酶基因GOD,将GOD基因与糖化酶基因的5’同源臂、3’同源臂进行重叠延伸,构建葡萄糖氧化酶基因的表达框。将此表达框插入载体pSZH中,构建黑曲霉同源重组表达载体pSZH-GOD。将载体pSZH-GOD通过冻融法转化农杆菌AGL1,进而通过农杆菌介导法转化高产糖化酶的黑曲霉。经潮霉素筛选和PCR鉴定获得8株重组菌株。对8株重组菌株的发酵液上清液进行酶活测定,结果表明葡萄糖氧化酶基因在高产糖化酶的黑曲霉中得到了分泌表达,静置培养6d后其分泌表达的葡萄糖氧化酶酶活最高可达1.166U/mL,而在出发菌株中检测不到葡萄糖氧化酶的分泌表达。同时,重组菌株胞内表达的葡萄糖氧化酶最高酶活可达11.45U/mL,是出发菌株的266倍。此研究结果为简化葡萄糖氧化酶发酵生产工艺、提高酶产量提供了新的途径。      

黑曲霉XZ-3S木聚糖酶基因xynZF-2在毕赤酵母中的高效表达

将黑曲霉XZ-3S木聚糖酶基因xyn ZF-2（成熟肽碱基）插入表达载体p PIC9K中,SalⅠ线性化后电击转化毕赤酵母GS115,经MD平板、G418梯度和摇瓶复筛筛选出多克隆阳性转化子。选择28h的种子,每隔24h补加1.5%的甲醇,发酵96h后,比酶活可达13210U/mg;SDS-PAGE分析表明,该蛋白相对分子质量为23.0ku;重组酶最适作用温度为45℃,最适作用p H为5.0,在温度35⁴0℃、p H5⁷条件下有良好的稳定性,Ca2+对酶的激活作用最明显。      

漆酶基因的克隆及在甲醇毕赤酵母中的表达

以白腐菌杂色云芝RNA为模板,通过RT—PCR获得不带自身信号肽漆酶Lccl基因的cDNA片段。构建了重组表达载体pMETαA—Lccl,并将其线性化后用电穿孔法导入Pichia methabolica PMAD16,PCR结果表明Lccl基因已经整合到甲醇毕赤酵母染色体上。经摇瓶培养筛选出表达水平较高的酵母菌株,漆酶酶活力达78U／L。     

定点突变提高毕赤酵母产葡萄糖氧化酶的氧化稳定性

通过定点突变的方法,将来源于黑曲霉Aspergillus niger的葡萄糖氧化酶的甲硫氨酸替换为亮氨酸,以期提高葡萄糖氧化酶的耐氧化性。野生型的葡萄糖氧化酶和突变酶M305L、M524L、M556L和M582L的基因分别在巴斯德毕赤酵母中分泌表达,对突变酶与野生型葡萄糖氧化酶纯化后进行性质比较。结果表明:突变酶的耐氧化性与野生型葡萄糖氧化酶相比均有不同程度的提高,其中,突变酶M556L在100 mmol/L和500 mmol/L过氧化氢存在下的氧化稳定性是野生型葡萄糖氧化酶的近2倍,且催化效率(kcat/Km)提高至野生型葡萄糖氧化酶的2.08倍。定点突变后,突变酶的最适反应温度为35℃,与野生型葡萄糖氧化酶基本保持一致,同时,突变酶M524L的p H稳定范围由4.0~6.0扩展到3.0~7.0。     

木聚糖酶Xyn43A基因在大肠杆菌及毕赤酵母中的表达比较

根据木聚糖酶Xyn43A基因序列,设计特异性引物,以p MD18-T-Xyn43A重组质粒为模板克隆Xyn43A成熟肽基因,将该基因分别克隆到大肠杆菌表达载体p ET-28a和毕赤酵母表达载体p PIC9K中,分别在大肠杆菌BL21及毕赤酵母GS115中表达。重组酶在大肠杆菌中胞内表达,比酶活力可达61.43 U/mg。重组酶在毕赤酵母中分泌表达,比酶活力可达145.24 U/mg。酶学性质显示,BL21-Xyn43A、GS115-Xyn43A重组酶最适温度、p H相同均为45℃、p H 5.0。GS115-Xyn43A温度稳定性、p H稳定性均优于BL21-Xyn43A。     

类芽孢杆菌碱性果胶裂解酶Pel在毕赤酵母中的高效表达

本研究全基因合成了来源于类芽孢杆菌的碱性果胶酶基因pel,克隆至p HKA载体上,成功实现其在毕赤酵母GS115中的分泌表达;并对信号肽和启动子进行优化,使得摇瓶发酵诱导168 h果胶裂解酶酶活达到432.36 U/m L。初步测定了果胶裂解酶Pel的基本酶学性质,其最适反应温度和p H分别为60℃、10.0;在50℃下处理300 min裂解酶活力保留90%以上,而在60℃下处理210 min,酶活力剩余约50%;在p H 9~12的50 m M各缓冲液中处理酶液16 h,酶活力仍然保留90%以上,该酶耐碱性强,但在偏酸性缓冲液中处理该酶,酶活力有所下降;同时研究了二价金属离子对果胶裂解酶活性力的影响,Ca~(2+)对Pel发挥裂解作用是必需的,Fe~(2+)、Mg~(2+)、Ni~(2+)对Pel均有激活作用,而金属离子螯合物EDTA的存在则使酶活力完全丧失;该酶在碱性条件下较好的稳定性决定了其潜在的工业应用前景。     

耐热木聚糖酶基因在毕赤酵母中的表达及酶学性质

将一种11家族极端耐热木聚糖酶的密码子优化基因Syxyn11克隆到毕赤酵母表达载体pPIC9K中,得到重组质粒pPIC9K-Syxyn11,将其经SalⅠ线性化后转化毕赤酵母(Pichia pastoris)GS115。经G418筛选得到重组工程菌GS115/Syxyn11,用甲醇诱导表达重组木聚糖酶SyXyn11,酶活可达到17.74 U/mL。SDS-PAGE显示,SyXyn11的相对分子质量为31 000。SyXyn11的最适反应温度为85℃,在80℃以下稳定。最适反应pH为6.5,在pH 5.0~7.5范围内稳定。EDTA和大多数金属离子对重组酶的活性影响不大。结果表明Syxyn11成功在P.pastoris GS115中实现表达,而且重组木聚糖酶的耐热性并未改变。     

Optimization of Aspergillus niger Fermentation for the Production of Glucose Oxidase

A number of nutritional factors influencing glucose oxidase (EC 1.1.3.4) production by Aspergillus niger NCIM 545 were studied. The synthesis of glucose oxidase by A. niger was investigated in two steps using submerged fermentation at 30 ± 2 °C and 180 rpm for 96 h. Primarily, nutritional components were selected by one-factor-at-a-time method, and the significance of each component with respect to glucose oxidase production was identified by Plackett–Burman design (seven variables including six nutritional viz. sucrose, sodium nitrate, peptone, calcium carbonate, magnesium sulfate, and potassium dihydrogen phosphate, and one dummy or unassigned variable were studied with eight experiments). In the second step, concentration of most significant factors and their interaction were studied with response surface methodology (central composite design). Each variable in the design was studied at five different levels, with all variables taken at a central coded value of zero. Considerable amount of glucose oxidase was produced from A. niger species with sucrose as the carbon source, sodium nitrate as the inorganic nitrogen source, and peptone as the organic nitrogen source. Glucose oxidase activity increased remarkably by 28.93 fold (from 0.00993 to 0.29 U ml⁻¹) with CaCO₃-supplemented media. The outcome of Plackett–Burman design showed CaCO₃, peptone, and MgSO₄ as significant parameters. Further optimization using a three-factor central composite design with 20 experiments increased yield of glucose oxidase from 0.29 to 2.05 U ml⁻¹ (sevenfold) with a decrease in cultivation time from 96 to 72 h.     

共表达HAC1基因对重组毕赤酵母分泌表达葡萄糖氧化酶的影响

通过增强不可折叠蛋白质响应(UPR)信号途径以及研究不同培养温度下的影响,来提高重组葡萄糖氧化酶在毕赤酵母中的分泌表达。影响毕赤酵母外源蛋白表达的因素,主要为内质网中的折叠速率以及不可折叠蛋白积累造成的胞内胁迫压力。通过共表达HAC1基因对不可折叠蛋白信号通路进行调控,摇瓶中改造菌株PP-G-HAC1胞外酶活达到161 U/m L,相比于原始重组葡萄糖氧化酶菌株提高了34%。进一步研究不同温度下过量表达HAC1基因对菌株的生长和分泌外源蛋白的影响,菌株PP-G-HAC1在3 L发酵罐中28℃培养,酶活达到1 008 U/m L,胞外重组蛋白质达到14.43 g/L,相比原始菌株在相同条件下提高了3.12倍。     

响应面法优化黑曲霉产葡萄糖氧化酶发酵条件

为了提高葡萄糖氧化酶的产量,通过响应面法对诱变后的黑曲霉菌株的发酵条件进行优化,首先利用Plackett-Burman设计筛选出对酶活影响最显著的因素:牛肉膏蛋白胨、吐温-60和磷酸氢二铵;继而用最陡爬坡实验逼近最大影响区域;最后利用Box-Behnken设计及其响应面分析确定最优的发酵培养基(g/L):蔗糖87.5,牛肉膏蛋白胨3.15,NH4NO31.88,(NH4)2HPO40.34,KH2PO40.25,Tw-60 30.47,玉米粉12.5,培养基优化后的发酵酶活为87.5 U/m L,与优化前(45.27 U/m L)相比提高了93.28%。在7 L发酵罐中对显著影响因素吐温-60的不同添加时间进行对比,确定对数期流加吐温-60可以显著提高发酵的酶活,发酵后酶活为92.88 U/m L。     

天门冬酰胺酶基因在黑曲霉中的同源表达

根据NCBI中的黑曲霉天门冬酰胺酶基因asp序列(GI:145231287)设计特异性引物,从黑曲霉CICC2462基因组中扩增asp基因编码区,构建其黑曲霉表达载体p SZHG-Asp。通过农杆菌介导法转化黑曲霉,筛选以asp基因置换糖化酶基因gla A的同源重组转化子。对转化子的表达产物进行SDS-PAGE分析和酶活检测。获得8株在gla A位点发生基因置换的同源重组转化子,并对其中4株的上清液进行检测。SDS-PAGE结果显示,在42 000处有目的蛋白质条带,重组菌株的目的蛋白质表达量为185~417μg/m L,发酵液最高酶活为21 111 U/m L。     

黑曲霉内切菊粉酶基因在毕赤酵母中的表达及应用研究

利用PCR方法从黑曲霉（Aspergillus niger）基因组DNA中扩增内切菊粉酶（endo I）全长基因（1551 bp）,经序列分析后将其连接到表达载体p PIC9K上,得到重组表达载体p PIC9K-endo I。重组质粒经Sac I线性化并电转化到毕赤酵母GS115,阳性转化子进行发酵产酶后考察其酶学性质。酶学性质研究表明,重组酶的最适p H和最适温度分别为5和60℃,重组酶在55℃下保温9 h后,重组菊粉内切酶仍残余83.2%的活性,表现出极高的热稳定性,Cu²⁺、Ag⁺对重组酶有明显的抑制作用。对内切菊粉酶水解菊粉的过程研究表明,重组内切菊粉酶能在8 h内将4%（w/v）菊粉水解为3⁶个聚合度的低聚果糖,水解11 h后,低聚果糖得率达到63.5%,本研究为进一步开发以菊粉为原料生产低聚果糖的应用奠定了基础。      

重组牙鲆生长激素基因片断在毕赤酵母中的表达

为了开发一种有效的重组牙鲆生长激素(r-fGH)的方法,利用PCR的方法从牙鲆eDNA文库中克隆得到了牙鲆生长激素(fgh)的cDNA片断.接着将这个fgh片断克隆到整合型质粒pAO815,它可以在甲醇诱导启动子的调控下表达外源蛋白.利用这种包含一个fgh插入片段的克隆来构建含有2个和3个头尾顺序排列的fgh表达框的表达质粒.利用氯化锂转化的方法将所构建的质粒转化到毕赤酵母GS115,然后进行筛选、培养和0.5%甲醇诱导表达,最后得到重组表达的牙鲆生长激素.