代谢工程技术及其在微生物育种的应用

代谢工程(Metabolic Engineering),亦称途径工程(Pathway Engineering),是一门利用分子生物学原理系统地分析细胞代谢网络,并通过DNA重组技术合理设计细胞代谢途径及遗传修饰,进而完成细胞特性改造的应用性学科。代谢工程综合了生物化学、化学工程、数学分析等多学科内容,是当前国内外学者研究热点之一。论述了代谢工程的发展过程、基本原理及特点以及该项技术在微生物育种的最新应用进展,并展望了未来发展前景。     

微生物生产L-苏氨酸的代谢工程研究进展

L-苏氨酸作为一种必需氨基酸被广泛用于食品、饲料、医药及化妆品行业。目前L-苏氨酸主要通过微生物发酵法生产。代谢工程技术的应用为菌种选育开辟了有效途径,使在现有高产基础上进一步提高氨基酸的产量成为可能。作者对两大氨基酸生产菌——大肠杆菌和谷氨酸棒杆菌中的L-苏氨酸生物合成相关途径、代谢调控机理以及运用代谢工程技术提高L-苏氨酸产量所取得的成果进行了系统综述。     

强化前体（UDP-GalNAc）合成路径提高果糖软骨素的生产

硫酸软骨素是一种重要的糖胺聚糖,广泛应用于医药、食品、保健品行业。为了提高硫酸软骨素类似物果糖软骨素的生产,通过过量表达磷酸葡糖胺变位酶(GlmM)、葡萄糖胺合酶(GlmS),优化融合蛋白glmM-glmS的表达水平,获得了最优工程菌株E. coli K4-H-glmMglmS,并确定了最适IPTG浓度(0.4 mmol/L)以及诱导温度(37℃)。最后,在5-L罐水平下,借助DO-stat补料模式,果糖软骨素的产量达到了3.99 g/L,较原始菌株提高了108.9%,为工业化生产果糖软骨素奠定了基础。     

啤酒发酵中代谢工程的初步研究

将代谢工程理论应用于啤酒的发酵过程,通过构建啤酒发酵过程中酵母的代谢网络模型,对啤酒发酵过程进行代谢通量分析。研究不同压力下啤酒酵母代谢能力的变化,并对其进行了代谢通量分析,结果表明,高压可对酵母在啤酒发酵过程中的代谢产生一定的抑制作用。     

发酵剂微生物及其代谢与发酵香肠的工艺控制

综述了发酵香肠生产中应用发酵剂的目的、作用和作用机理 ,并从工艺学的角度阐述了通过工艺参数如发酵温度、水分活度、配方等控制 ,调节微生物的代谢过程 ,改善发酵香肠的品质     

运用双向发酵技术建立中药微生物药代模型的设想

简述传统中药药物代谢研究方法的现状与不足,指出利用微生物药代模型进行中药药代研究的技术优势,认为它为中药药物代谢研究提供了新的思路与方法。通过对独特的"双向发酵"技术实用意义及应用前景的深入分析,提出运用其建立中药微生物药代谢模型的设想。     

石油微生物与食品发酵工业的现状与前景

介绍利用石油微生物菌体生产蛋白质、脂肪、核糖核酸利用微生物氧化烃类和以石油及其馏分产物代替发酵工业用粮生产谷氮酸、维生素、有机酸等的国外现状;认为石油发酵、烃类氧化及其应用前景广阔。     

为什么说发酵液pH值的变化是微生物代谢的综合结果？

在发酵过程中,因于细菌对营养物质的不断吸收、利用和代谢物的不断积累,发酵液的pH值会不断起变化。当尿素被脲酶分解放出氨和有机氮源被利用产生氨时,会使发酵液的pH值上升。当氨被菌体利用及糖被利用生成有机酸等中间代谢产物时,又会使发酵液的pH值下降。而谷氨酸的合成,要耗用大量的氨,也会使pH值下降。     

两个不同发酵时期豆瓣中微生物多样性的差异对比

为了探明传统自然发酵豆瓣不同时期微生物的多样性的差异对豆瓣风味品质的影响,采用纯培养的分离方法,对发酵中期（5个月）时期和成熟期（10个月）豆瓣进行了细菌16SrRNA和真菌18SrRNA的基因分析。结果表明,这两个时期豆瓣中的微生物种类丰富,且差异很大。从发酵五个月的豆瓣中分离得到7个属（Bacillus、Oceanobacillus、Virgibacillus、Lactobacillus、Pichia、Candida、Wickerhamomyces）,优势菌为Bacillus、Candida、Wickerhamomyces属,分别占54%、11%、14%。成熟期中分离得到8个属（Bacillus、Halomonas、Oceanobacillus、Virgibacillus、Lactobacillus、Gracilibacillus、Pichia、Aspergillus属）,优势菌为Bacillus、Oceanobacillus、Halo-mona属,分别占55%、16%、10%。     

弯曲隐球酵母N-11合成微生物油脂的代谢调控研究

通过摇瓶发酵实验考察不同调控方式对弯曲隐球酵母N-11菌体生长和积累油脂的影响。主要从改变培养基组成中的小分子限制性因素(氮、磷、硫)、调控脂质合成关键酶(苹果酸酶)的酶活性以及采取不同发酵模式(分批培养与补料培养)研究影响微生物积累油脂的因素并对其进行优化。结果表明:当碳氮比为180.2∶1、碳磷比为61∶1、碳硫比为2 413.4∶1时,酵母菌油脂产量及含油率达到最高,分别为5 g/L、68.30%,5 g/L、65.99%及5.53 g/L、67.11%;培养基中苹果酸酶抑制剂——芝麻酚的添加可以显著降低酵母积累油脂的能力;补料培养不仅可以显著提高油脂产量(由4.25 g/L增加至9.17 g/L),含油率也从65.28%增加至74.92%。     

生物技术在肉类食品中的应用现状

生物技术被认为是关系未来国计民生的四大科学技术支柱之一,是21世纪世界知识经济的核心。本文介绍了基因工程、酶工程、发酵工程和细胞工程等生物技术在肉类食品中的应用。     

发酵法生产D-乳酸的研究进展

从发酵菌种、发酵工艺等方面综述了发酵法生产D-乳酸的国内外研究现状,着重介绍了代谢工程在发酵产酸方面的应用,对今后的研究趋势进行了展望。     

高产L-精氨酸谷氨酸棒状杆菌的构建

以产L-精氨酸诱变菌株谷氨酸棒状杆菌（Corynebacterium glutamicum）AJC为出发菌株,采用基因组编辑技术对其进行改造。 首先,敲除阻遏蛋白ArgR和FarR,解除反馈阻遏作用;然后,敲除乳酸脱氢酶编码基因ldh和整合鸟氨酸乙酰转移酶编码基因argJ,阻 断乳酸合成途径和增加前体物;最后,敲除谷氨酸分泌蛋白编码基因NCgl1221和整合乙酰谷氨酸激酶基因argB,减弱L-谷氨酸的胞 外分泌,筛选一株L-精氨酸高产菌株。 结果表明,获得一株高产L-精氨酸菌株AJC-4（C. glutamicum AJCΔargRΔfarRΔldh::PtufargJ ΔNCgl1221::PsodargB）,该菌株在5 L发酵罐中发酵64 h后,L-精氨酸产量和糖酸转化率分别为78.0 g/L和0.38 g/g,较出发菌株AJC分 别提高21.9%、18.8%;副产物乳酸和L-谷氨酸积累量分别为0.11g/L、0.16 g/L,较出发菌株AJC分别降低96.8%、96.1%。     

代谢木糖生产乙醇的基因工程菌研究进展

木糖广泛存在于林业及农业废弃物中 ,木糖发酵生产乙醇是再生资源的有效利用。文中报道了近几年来在利用基因工程菌发酵木糖生产乙醇方面的研究进展。重点介绍了大肠杆菌、酿酒酵母、树干毕赤酵母及运动发酵单胞菌的基因改造情况。     

支链氨基酸生物合成及其代谢工程育种研究进展

支链氨基酸(亮氨酸、异亮氨酸和缬氨酸)主要由细菌、真菌和植物合成,是人体必需氨基酸。因其特殊的结构和功能,在人类生命代谢中占有特别重要的地位,支链氨基酸在医药、食品及饲料领域中有着广泛的用途。目前支链氨基酸主要采用发酵法生产,生产菌种主要为Corynebacterium glutamicum(包括黄色短杆菌Brevibacterium flavum)。作者主要分析了Corynebacterium glutamicum中支链氨基酸生物合成途径及其代谢调控,并对支链氨基酸代谢工程育种情况进行了综述。     

生物技术在食品工业中的应用

综述了基因工程、蛋白质工程、细胞工程、酶工程和发酵工程等生物技术在食品工业中的应用。     

现代生物技术在软饮料品质改良中的应用现状与展望

综述了酶工程、基因工程、细胞工程、发酵工程等生物工程技术在改善软饮料品质方面的应用现状及发展前景。     

利用重组大肠杆菌发酵甘油合成L-丙氨酸

本文探究以甘油为唯一碳源发酵合成L-丙氨酸的可行性。以删除了乙酸、甲酸、乙醇、琥珀酸、乳酸代谢产物合成途径的Escherichia coli B0016-050为出发菌株,用λpL启动子及其调控下的嗜热脂肪芽孢杆菌(Geobacillus stearothermophilus)来源的丙氨酸脱氢酶基因(ala D)替换B0016-050菌株染色体上丙氨酸消旋酶基因(dad X),获得温度控制型L-丙氨酸合成菌株B0016-060BC。菌株B0016-060BC以甘油为唯一碳源进行两阶段发酵(包括菌体生长阶段和L-丙氨酸合成阶段),表明在菌体生长至对数后期起始L-丙氨酸合成或者提高L-丙氨酸发酵阶段的通气量可提高L-丙氨酸合成水平。进一步经5 L发酵罐发酵,可合成63.64 g/L L-丙氨酸,整个发酵阶段体积生产强度达到1.91 g/(L·h)、转化率达到62.89 g/100 g甘油,仅合成少量的乙酸(1.73 g/L)等副产物。实现了以甘油为唯一碳源高效合成L-丙氨酸,为工业应用提供了重要参考。     

利用多菌种共发酵技术转化玉米秸秆的研究

较详细研究了高产纤维素酶生产菌长柄木霉 TB970 2和康宁木霉 TB970 4的耐氨特性以及混合菌共发酵对天然纤维素材料终产物中菌体蛋白质和纤维素利用率的影响 ,并建立了混合菌发酵的共生关系。研究表明 :高产纤维素酶的菌种 (TB970 2 ,TB970 4 )于 p H5.0 ,3 0℃的条件下恒温、恒速摇瓶培养 ,其对氨的耐受能力分别达到了 0 .4 8%、0 .3 3 % (以(NH4) 2 SO4计 ) ;而 CMC酶活分别为 1 60、2 1 0 ;TB970 4的发酵液中表现出较高的 FPA活性 ;蛋白质含量及纤维素利用率分别为 1 4.2 3 %和 64 .60 %。在以氨法处理过的玉米秸秆为底物的 TB970 4与饲料酵母的混合菌共发酵的正交实验中 ,优选出 2组最佳的共发酵的组合和工艺路线及条件。发酵终产物中粗蛋白 (SCP)的含量达到了 2 4 .1 4% ,总秸秆纤维的转化率达70 %。