产顺式-4-羟脯氨酸枯草芽孢杆菌工程菌的构建及发酵优化

顺式-4-羟脯氨酸（CHOP）是一种重要的手性结构物质,可广泛用于药物以及香料制造。本研究为开发CHOP的生物合成方法,将来源于中华根瘤菌（Sinorhizobium meliloti）的L-脯氨酸-4-羟化酶在枯草芽孢杆菌WB800N中实现了成功表达,构建获得了能够以L-脯氨酸为底物合成CHOP的工程菌株,进而对该菌株的发酵条件以及发酵组分进行了优化研究。结果表明:工程菌株的最适发酵温度为25℃,最适诱导剂浓度为1 mmol/L,最适发酵p H为5;在发酵体系中加入5 mmol/L硫酸亚铁和2.5 g/L L-脯氨酸时最有利于合成CHOP。在最优发酵体系下发酵60 h后,顺式-4-羟脯氨酸的产量可以达到120.2 mg/L。本文成功的构建了羟脯氨酸生产菌株枯草杆菌WB800 p HT-P4H,而研究结果为枯草杆菌工程菌发酵生产顺式-4-羟铺氨酸提供了基础。      

1株产顺式-4-羟基-L-脯氨酸基因工程菌的构建及发酵初步优化

顺式-4-羟基-L-脯氨酸是一种可用于合成多种药物和香料的手性结构物质。通过对L-脯氨酸顺式-4-羟化酶基因的优化设计,并引入色氨酸串联启动子,构建出1株能表达L-脯氨酸顺式-4-羟化酶的重组大肠杆菌JM109/p EHC4,从而可以将游离的L-脯氨酸转化为顺式-4-羟基-L-脯氨酸。对该菌株进行摇瓶发酵优化,得出优选培养基为(g/L):葡萄糖10,甘油10,蛋白胨10,NaCl 6,FeSO_4·7H_2O 0.278,L-抗坏血酸0.528,(NH_4)_2SO_45,K_2HPO41,MgSO_40.2,CaCl_20.015,L-脯氨酸4。在该条件下发酵12 h,顺式-4-羟基-L-脯氨酸的产量达到657.08mg/L,比优化前提高了3.76倍;在24 h时产量达到1 582.75 mg/L。研究结果为顺式-4-羟基-L-脯氨酸的微生物转化法生产提供了基础。     

无外源脯氨酸发酵产反式-4-羟脯氨酸重组大肠杆菌的构建及发酵优化

为实现无外源脯氨酸的条件下直接从葡萄糖转化生成反式-4-羟脯氨酸,本实验采用定点突变和基因共表达的方法构建重组大肠杆菌:首先对L-脯氨酸生物合成途径中的关键酶谷氨酸激酶进行定点突变E143A、K145A,以增强L-脯氨酸生物合成能力;然后引入脯氨酸4-羟化酶基因,通过两个基因的共表达可以实现从葡萄糖到反式-4-羟脯氨酸的连续转化,而不再需要添加外源L-脯氨酸。得到的L-脯氨酸生物合成能力增强的菌株在摇瓶阶段L-脯氨酸的产量可达到1.4 g/L;pro BA2与hyp双基因共表达菌株的反式-4-羟脯氨酸产量为98.9 mg/L,比原始菌株提高了一倍,经发酵优化后得到培养基为:葡萄糖10 g/L,胰蛋白胨15 g/L,硫酸亚铁3 mmol/L,硫酸镁1 g/L,磷酸氢二钾3 g/L,氯化钙0.015 g/L,在这个培养条件下反式-4-羟脯氨酸的产量为220.0 mg/L,比优化前提高1.2倍。      

大肠杆菌中顺式-3-羟脯氨酸羟化酶的定向改造

对以L-脯氨酸为底物,产顺式-3-羟脯氨酸(cis-3-hydroxyproline,H3P)的羟化酶基因进行定向改造。从重组菌E.coli BL21(DE3)/p ET21a-ptrp2-H3P出发,通过易错PCR随机突变和定点突变处理,利用多孔板和创建的简易显色法相结合的高通量方法筛选出2株H3P高产菌P-2-H3、P-9-D5。经基因测序后得到5个突变位点R58C、T83I、H89Y、F109Y、Y119I,并在出发菌基础上对此5个位点进行单一定点突变,得到5个突变体TBTR58C、TBT-T83I、TBT-H89Y、TBT-F109Y、TBT-Y119I。发酵24 h测其产量找出3个优势突变位点。以TBT-R58C为出发菌,依次对另外2个位点进行定点突变。得到TBT-R58C-T83I-H89Y突变体。发酵24 h产量达到了1125.3 mg/L。与重组菌相比,TBT-R58C-T83I-H89Y的产量提高了53.6%。     

提高产反式-4-羟脯氨酸工程菌产量的发酵策略

为了实现羟脯氨酸的高产,首先以缺陷型菌株E. coli JM109ΔargB/pUC19-BH作为实验菌,通过单因素优化及正交试验,优化得到新的培养基配方及培养条件。其次通过基因工程手段引入透明颤菌血红蛋白VHB基因,构建菌株E. coli JM109ΔargB/pUC19-BHV,进行高密度发酵。结果显示,发酵培养基为:麦芽糖10 g/L,甘油5 g/L,胰蛋白胨22 g/L,K_2HPO_44 g/L,FeSO_4(Fe~(2+)∶VC=1∶1) 5 mmol/L,MgSO_4·7H_2O 1.7 g/L,Nacl 3 g/L,Cacl_2 0.005 g/L;培养条件为:初始pH8.5,温度30℃,接种体积分数4%,转速220 r/min。此条件下,菌株E. coli JM109ΔargB/pUC19-BH羟脯氨酸产量约为1 602 mg/L,约为优化前的1.4倍.在7 L罐发酵培养,菌株E. coli JM109ΔargB/pUC19-BHV的羟脯氨酸产量约为18.3 g/L,与JM109ΔargB/pUC19-BH相比,提高了13.2%,说明VHB基因的引入有利于羟脯氨酸产量提高.     

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。     

响应面法优化抗菌肽重组菌发酵培养基

运用一系列统计学原理和方法,筛选一种适用于抗菌肽重组菌大规模发酵用培养基,以降低重组质粒的生产成本,提高产量。首先用单因子试验筛选出最适碳源和氮源,然后用Plackett-Burman试验筛选出影响菌体产量最显著因素,最后用最陡爬坡试验和响应面试验设计并借助minitable统计分析软件分析数据并建立模型,最终筛选得到一组具有较高菌体和质粒产量的发酵用培养基配方为:糖蜜2.5g/L,玉米浆8.8g/L,国产酵母粉8.6g/L,KH2PO41.5g/L,K2HPO42.3g/L,Mg SO4-7H2O 0.25g/L,甘油10m L/L,优化后的发酵培养基质粒产量提高了2倍,且成本显著降低,具有较高的性价比。     

精氨酸缺陷型菌株发酵生产反式-4-羟脯氨酸

为了获得高产反式-4-羟脯氨酸的菌株,基于大肠杆菌的代谢网络模型的指导,以大肠杆菌E.coli BL21(DE3)Δput A为出发菌株,通过基因敲除技术成功敲除arg B基因,阻断L-脯氨酸合成的前体物L-谷氨酸的分支代谢途径,增加L-脯氨酸合成的代谢流,构建了精氨酸缺陷型菌株E.coli BL21(DE3)Δput AΔarg B。同时转入表达质粒p UC19-pro B2A-Ptrp2-hyp,该质粒含有突变基因pro B2,该突变基因所编码的谷氨酸激酶受L-脯氨酸的反馈抑制作用显著降低。摇瓶发酵结果表明,在外源添加600 mg/L L-精氨酸时,该重组菌株产反式-4-羟脯氨酸的量达到312.67 mg/L,较菌株E.coli BL21(DE3)Δput A/p UC19-pro B2A-Ptrp2-hyp提高了25.29%。     

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。     

重组大肠杆菌产双乙酰还原酶的发酵条件优化

光学纯2,3-丁二醇是重要的手性合成砌块。采用双乙酰还原酶催化还原双乙酰底物是一种合成光学纯2,3-丁二醇的绿色方法。作者在摇瓶中对产双乙酰还原酶重组大肠杆菌的发酵培养基及诱导条件进行了优化。优化后的发酵培养基组成为:甘油5 g/L,酵母浸膏10 g/L,鱼粉蛋白胨5 g/L,(NH_4)_2SO_41.5 g/L,柠檬酸钠5 g/L,KH_2PO_41 g/L,MgSO_4·7H_2O 0.5 g/L,NaCl 2 g/L;优化后的诱导条件为37℃,IPTG终浓度为0.1 mmol/L。在优化培养基中,37℃和0.1 mmol/L IPTG条件下诱导发酵6 h,单位菌体(干重)产双乙酰还原酶量达13.84 kU/g,产酶水平达33.65kU/L,分别为基础培养基的2.04和4.23倍,LB培养基的1.16和1.71倍。在此最优条件,在3 L发酵罐中进行了重组大肠杆菌产双乙酰还原酶的验证,发酵8 h时酶活最高,单位菌体产双乙酰还原酶量达14.09 kU/g,产酶水平达64.62 kU/L。本研究为高效制备可用于不对称还原合成光学纯2,3-丁二醇的双乙酰还原酶奠定了基础。     

重组大肠杆菌生产海藻糖合酶发酵工艺优化

为了实现来源于嗜热栖热菌的海藻糖合酶的高效表达,对E.coli BL21(DE3)/p ET24a(+)-Tre S基因工程菌在3 L发酵罐进行了发酵工艺优化,获得的最优发酵条件为:诱导温度32℃,当OD600达到50时以0.2 g/(L·h)的速率补加乳糖进行诱导产酶,在该条件下发酵35 h时酶活达到472 U/m L,是优化前的2.3倍;进而采用该条件在30 L发酵罐进行了初步放大研究,酶活达到356 U/m L。由于该海藻糖合酶热稳定性好,因此尝试了高温处理破碎E.coli细胞以释放海藻糖合酶,结果表明,80℃处理30 min,海藻糖合酶的得率可达72.3%,具有工业化应用前景。     

重组大肠杆菌产脂肪氧合酶发酵条件优化

为进一步提高重组大肠杆菌（pET-23a-pse-LOX）产脂肪氧合酶（lipoxygenase,LOX）的酶活力,利用响应面法对其发酵条件进行优化。通过单因素试验确定诱导时机、诱导剂浓度、诱导时间、诱导温度、接种量、培养基初始pH值和装液量对其发酵产酶的影响。在此基础上,采用Plackett-Burman试验设计从7 个因素中筛选出对LOX产量具有显著效应的因素为诱导时机、诱导时间和培养基初始pH值,并利用Box-Behnken试验设计和响应曲面法分析以确定其产酶的最优发酵条件,即诱导时机为菌液OD600 nm达到1.6、诱导时间34 h、培养基初始pH 7.0。在此条件下,LOX酶活力为（21 261.60±264.03） U/mL,比优化前的（13 553.96±46.64） U/mL提高了56.87%。     

重组大肠杆菌厌氧发酵产丁二酸培养条件的优化

采用Plackett-Burman设计法(Plackett-Burman,PB)对影响Escherichia coli NZN111(sfcA)厌氧发酵生产丁二酸的11个因子进行了筛选。结果表明,影响该菌厌氧发酵生产丁二酸的主要影响因子为乙酸钠、MgCO3、接种量、诱导剂IPTG加入时间和发酵周期。在此基础上采用响应曲面法(Response Surface Methodology,RSM)对这5个因子的影响进行了研究,得出多元二次回归方程拟合的5种因素与丁二酸产量间的函数关系,并根据优化结果与实验验证,当初始葡萄糖浓度为22 g/L,乙酸钠1 g/L,MgCO317 g/L,接种量10%,IPTG初始时加入,发酵周期76 h时,丁二酸产量从原始发酵培养条件下的11.84 g/L提高到15.64 g/L,收率从53.8%提高到71.1%。     

共轭亚油酸高产菌株选育及其发酵条件的研究

以嗜酸乳酸杆菌PB1 (Lactobacillusacidophilus )为出发菌株 ,经紫外线、亚硝基胍单独处理和复合处理 ,获得一株CLA高产菌株U N f3 4,通过单因子和正交试验对该菌株生产共轭亚油酸的发酵条件进行了优化 ,优化的发酵条件是 :培养温度 43℃ ,pH值 7 5 ,培养时间 48h ,在优化条件下 ,U N f3 4可以生产共轭亚油酸达 42 0 5 μg/mL。     

产碱性淀粉酶重组枯草芽孢杆菌的构建与发酵优化

碱性淀粉酶催化淀粉在碱性环境中高效降解,广泛应用于纺织退浆、洗涤、制药等领域。通过信号肽筛选,将来源于嗜碱单胞菌Alkalimonas amylolytica的碱性淀粉酶基因于枯草芽孢杆菌Bacillus subtilis WB600实现分泌表达,并优化了重组菌产酶的发酵条件。在最佳信号肽ywb N介导下,重组B.subtilis发酵51 h,胞外Amy K酶活最高达146.86 U/m L,且能在发酵上清液中检测到与Amy K理论相对分子质量(60 k Da)一致的蛋白质条带。通过单因素实验优化了发酵培养基(糊精32 g/L,蛋白胨12 g/L,酵母粉24 g/L,KH_2PO_42.32 g/L,K2HPO_4·3H_2O 16.43 g/L),并在发酵24 h后添加0.2 g/d L Na_2CO_3调节发酵液p H,发酵72 h胞外Amy K酶活达640.33 U/m L,较优化前提高了336%,是目前已报道重组B.subtilis产碱性淀粉酶的最高水平。研究结果为Amy K发酵生产的工业化提供了数据支撑。     

重组大肠杆菌产β-胡萝卜素的发酵条件

对重组大肠杆菌产β-胡萝卜素发酵条件进行了研究．在M9培养基中添加Span-200．7g／L有利于细胞生长和β-胡萝卜素表达，初始pH值6．0、接种体积分数5％、发酵温度28℃、抗生素氨苄青霉素质量浓度80μg／mL和氯霉素质量浓度40μg／mL为最佳发酵条件，在7L发酵罐进行发酵动力学试验表明，重组菌最适发酵周期为22h，细胞干重最高可达1．55g／L，β-胡萝卜素表达量可达0．75μg／mL。     

重组环糊精葡萄糖基转移酶温控型工程菌的构建及其培养条件的优化

采用聚合酶链式反应（polymerase chain reaction,PCR）法从蜡状芽孢杆菌（Bacillus cereus）中扩增了β-环糊精葡萄糖基转移酶（β-cyclodextrin glucanotransferase,β-CGTase）基因,将该基因克隆到pBV220质粒中,转化E.coli DH5α,经氨苄青霉素抗性筛选和酶切验证后,得到能表达β-CGTase的重组大肠杆菌E.coliDH5α/pBVcgt。通过对工程菌产酶条件的优化,得到最佳产酶条件为：OD600 nm值达到1.0、初始培养温度30 ℃、发酵培养基初始pH 8.0、温度梯度诱导39 ℃培养0.5 h,40 ℃培养0.5 h,41 ℃培养1 h,42 ℃培养2 h。酶活力由优化前的445 U/mL提高到956 U/mL,酶活力提高了1.15 倍。温度梯度诱导比直接诱导酶活力提高20%。该酶的克隆表达以及发酵条件的研究表明,该酶能在大肠杆菌原核表达体系中高效表达。