吡咯喹啉醌研究新进展

吡咯喹啉醌（pyrroloquinoline quinone,PQQ）是细菌脱氢酶中的一种氧化还原辅助因子,又是一种抗氧化剂,能避免细胞内氧化反应以及体外生物活性物质产生活性氧导致的细胞损伤,为细胞的生长发育提供营养与维生素,同时使细胞具有抗氧化的耐受性。它对植物病原真菌起到生物控制剂的作用,能诱导蛋白激酶参与哺乳动物细胞分化发育过程。PQQ能通过增加不溶性磷酸盐的利用率来提高作物产量,它与氧化还原循环功能有很强相关性,具有抗神经退行性、抗癌、信号传导等功能。     

吡咯喹啉醌连续发酵工艺初探

吡咯喹啉醌(pyrroloquinoline quinine, PQQ)的微生物发酵生产中,常用补料分批发酵法,但是其发酵前期菌体生长较慢,发酵后期产量下降较快,整个发酵周期的生产效率较低。为了提高PQQ的发酵生产效率,初步研究了使用生丝微菌(Hyphomicrobium sp.)进行单级连续发酵生产PQQ的工艺。以PQQ补料分批发酵时产率最高的时刻作为连续发酵的起点,分别进行了PQQ的恒浊法连续发酵和恒化法连续发酵的研究。实验结果表明,以0.008 7 h^-1的稀释率进行PQQ恒浊法连续发酵更好,发酵液中的菌体浓度能够保持稳定且发酵产量较高。与补料分批发酵相比,恒浊法连续发酵可以提高PQQ的生产效率(80.7%),同时还提高了底物甲醇的转化率(36.5%),具有良好的工业应用前景。     

变形假单胞菌2-酮基葡萄糖酸转运蛋白基因的克隆与分析

该研究旨在克隆变形假单胞菌JUIM01的2-酮基葡萄糖酸转运蛋白基因kgu T,并明确其基本的生物学信息。根据已报道的假单胞菌的基因组信息及其2-酮基葡萄糖酸操纵子的物理图谱设计简并引物,采用TD-PCR技术从变形假单胞菌中克隆到全长为1278 bp的kgu T,其核苷酸序列与Pseudomonas sp.CCOS191的编码2-酮基葡萄糖酸转运蛋白(Kgu T)的核苷酸序列的一致性为87%,编码一个由425个氨基酸残基组成的蛋白。该蛋白与Pseudomonas sp.M1的Kgu T在氨基酸序列上的一致性达90%,定位于细胞膜,是一个具有12个跨膜结构的疏水性的跨膜蛋白,无信号肽,其二级结构中α螺旋、延伸链和无规卷曲所占的比例分别为75.76%、2.12%和22.12%。本研究首次从2-酮基葡萄糖酸的工业生产用菌中克隆到基因kgu T,并对其进行了生物信息学分析,为变形假单胞菌的Kgu T的功能研究奠定了基础。     

大肠杆菌中吡咯喹啉醌合成途径的构建

目前吡咯喹啉醌（Pyrroloquinoline quinone,PQQ）在大肠杆菌中的异源合成主要以质粒为表达载体进行,但是质粒载体难以进行合成途径多基因表达的系统优化,并且容易造成发酵不稳定。作者以大肠杆菌为底盘生物,利用CRISPR/Cas9基因编辑技术,在基因组水平系统优化PQQ的合成。将来源于Gluconobacter oxydans 621H的操纵子pqqABCDE引入底盘大肠杆菌,并进一步通过优化合成途径基因表达强度,敲除大肠杆菌自身抑制基因及强化PQQ的胞内需求与胞外转运等,获得了一株能够高效合成PQQ的工程菌,摇瓶发酵72 h时产量达到86.3 mg/L。以大肠杆菌为底盘构建PQQ高效合成途径的工作能够为后续以其他底盘生物生产PQQ及相关代谢产物提供借鉴。     

HPLC法测定吡咯喹啉醌(PQQ)中咪唑并吡咯喹啉(IPQ)的含量

目的:建立吡咯喹啉醌(PQQ)中IPQ的含量测定方法。方法:采用TCI Kaseisorb LC ODS 2000色谱柱(4.6mm×150mm,5μm);流动相为乙腈-缓冲溶液(配制10mmol的磷酸氢二钾和15mmol的四丁基溴化铵水溶液,用磷酸调节p H至7.4)[28∶72];紫外检测器,检测波长为259nm;流速为1.0m L/min;进样量为20μL。结果:IPQ在0.05μg/m L～0.2μg/m L范围内线性关系良好,相关系数大于0.999。IPQ的回收率在104%～113%之间,RSD最大为3%。结论:该方法具有良好的专属性、检测灵敏度、精密度、线性和准确度,适用于PQQ中IPQ的质量控制。     

吡咯喹啉醌功能特性及其产品研究进展

吡咯喹啉醌作为一种氧化还原酶的辅酶,广泛存在于各种生物体组织中,其具有独特的理化性质,在各类生命体生理功能方面发挥着重要的作用。目前吡咯喹啉醌的安全性已经得到了大量证据支持,所以多个国家已经将其批准应用于食品饮料中。大量的动物实验和临床研究表明,吡咯喹啉醌可以改善大脑认知功能、提升运动恢复能力、修复肝损伤、改善骨质疏松症以及其他功能。本文对吡咯喹啉醌安全性和法规现状、生物学功能和在食品中应用情况等方面进行详细阐述,以期为吡咯喹啉醌产品的功能研究及开发应用提供参考。     

变形假单胞菌2-酮基葡萄糖酸激酶基因的克隆、表达及生物信息学分析

采用聚合酶链式反应技术,从2-酮基葡萄糖酸工业生产菌株变形假单胞菌JUIM01中克隆2-酮基葡萄糖酸激酶的全长基因kguK,并在此基础上构建了重组菌株大肠杆菌BL21(DE3)/pET-28a(+)-kguK。在异丙基-β-D-硫代半乳糖苷的诱导下,该重组菌株表达了一个特异的分子质量约为36.0 ku融合蛋白,且该蛋白的Western-Blot鉴定结果显示为阳性。生物信息学分析结果表明,该蛋白是一种由305个氨基酸残基组成的亲水性蛋白,定位于细胞质中,存在着与pfkB家族蛋白类似的保守结构域,其二级结构中α-螺旋、延伸链和无规则卷曲所占的比例分别为35.73%、12.79%和51.48%。     

吡咯喹啉醌高产菌株选育及发酵优化

吡咯喹啉醌(pyrroloquinoline quinone, PQQ)是一种红褐色、芳香、三环邻醌的化合物,作为辅因子参与电子传递。在食品、医药和化妆品领域具有重要的应用价值。近几年,微生物发酵法合成PQQ受到了越来越多的关注。该研究以一株具有PQQ生产能力的脱氮生丝微菌(CGMCC 1.12893)为出发菌株,其在摇瓶水平上初始PQQ产量为31.4 mg/L。通过采用常压室温等离子体(atmospheric and room temperature plasma, ARTP)诱变和高通量筛选相结合的方法,筛选得到一株PQQ的高产突变菌株,编号为34,其PQQ产量提高至48.4 mg/L,相比原始菌株提高了54.1%。针对该最优突变菌株,在摇瓶水平上对碳源、氮源、金属离子和维生素等成分进行了优化,PQQ产量提高至105.2 mg/L。最后,在5 L发酵罐上对突变菌株进行验证培养,PQQ产量进一步提高至349.8 mg/L。该研究通过随机诱变筛选得到一株高产PQQ突变株,并通过培养基优化及发酵罐验证培养进一步提高了PQQ产量,研究结果为后续建立相应的发酵过程控制策略奠定了基础。     

氧化葡萄糖酸杆菌生物制造吡咯喹啉醌进展

吡咯喹啉醌（PQQ）是继黄素核苷酸和吡啶核苷酸之后,在膜束缚的细菌脱氢酶中发现的第三种辅基,具有抗氧化、抗病毒和提高免疫力等多种生理功能,在食品、医药及农业等行业具有广泛的应用前景。该文综述了氧化葡萄糖酸杆菌（Gluconobacter oxydans）中PQQ的生理作用及生物合成的分子机制,表明了氧化葡萄糖酸杆菌作为出发菌株生产PQQ具有潜在优势,对今后工业化生产PQQ具有积极的指导意义。     

吡咯喹啉醌高通量检测方法的建立与优化

吡咯喹啉醌(Pyrroloquinoline quinone,PQQ)是一种新型辅酶,具有广阔的应用前景。传统PQQ检测方法在检测发酵液中PQQ浓度时都存在一定的缺陷,且检测效率偏低。本研究在大肠杆菌(Escherichia coli BL21(DE3))中表达E.coli K-12来源的葡萄糖脱氢酶(PQQGDH),并通过亲和层析分离纯化PQQGDH,得到了高浓度、高纯度的PQQGDH。通过酶液和PQQ样品用量的双因素正交实验对传统重组酶法的反应体系加以改进,得到适用于96孔板高通量检测的反应体系。结果表明30μL纯化后酶液、2μL PQQ样品配合1.2 m L的显色剂组成的显色体系检测效果最佳。该方法线性范围大且具有较高的精确度和重现性。本研究中利用高浓度、高纯度的PQQGDH配合96孔板和酶标仪,所建立的PQQ高通量检测方法,不仅降低了实验误差,而且大幅提高了PQQ发酵液样品的检测效率。     

蜡样芽孢杆菌LJ01中亚硝酸盐还原酶的基因克隆和生物信息学分析

为研究蜡样芽孢杆菌LJ01(Bacillus cereus LJ01)中亚硝酸盐还原酶(NiR)的酶学性质,获得高表达量的基因工程菌,本文对B.cereus LJ01的NiR序列进行了生物信息学分析,并将NiR基因克隆到表达载体pET-28a(+)和pET-32a(+)中,构建了基因工程菌pET-28a(+)-nir-BL21和pET-32a(+)-nir-BL21,随后探究了不同诱导条件对重组NiR表达量的影响。结果表明NiR编码蛋白的理论分子量约为60 kDa,理论pI为5.47,二级结构主要为α-螺旋和无规则卷曲,是不具有跨膜结构的亲水性蛋白。随着诱导温度的升高,重组NiR的表达量逐渐减少,诱导温度为16℃时重组NiR表达量最高。在同一诱导温度下,NiR在pET-28a(+)-nir-BL21中的表达量明显高于pET-32a(+)-nir-BL21,因此选用pET-28a(+)-nir-BL21作为基因工程菌。从B.cereus LJ01中克隆了NiR基因,构建了基因工程菌pET-28a(+)-nir-BL21,为该重组NiR的理化性质研究和食源芽孢杆菌中NiR的异源表达奠定了基础。     

微紫青霉酸性木聚糖酶xynA基因的克隆与序列分析

基于酸性木聚糖酶在饲料及酿酒行业良好的应用前景,通过基因组步移的方法克隆得到微紫青霉酸性木聚糖酶的全长基因xynA,然后采取重叠延伸PCR技术进行内含子的切除获得xynA的cDNA序列,并对其进行了生物信息学分析。序列分析结果显示xynA基因全长720 bp,内含子63 bp,cDNA全长657 bp。推测该木聚糖酶编码信号肽28个氨基酸,成熟肽190个氨基酸;预测该蛋白为分子质量20.61 kD、等电点7.0的亲水性蛋白,且分子内不含二硫键。与其他真菌来源的GH11族耐酸性木聚糖酶进行序列比对,结果显示该酶的相应位置具有特征天冬氨酸残基Asp,且具有糖苷水解酶11族的保守区域特征以及典型的"右手半握"状结构,重组木聚糖酶基因xynA能够在大肠杆菌中成功表达,比酶活力达220.5 U/mg。     

长双歧杆菌A17胞外多糖合成基因簇的分析

为探究长双歧杆菌A17胞外多糖（exopolysaccharides,EPS）生物合成途径,作者依托全基因组测序,利用eggNOG-mapper、KEGG、GO数据注释和局部序列比对等方法对EPS合成相关的基因进行注释与同源性分析。根据同源性分析得到一个长度约为20 kb由19个基因组成的A17 eps基因簇,预测到EPS前体糖核苷酸合成途径,同时发现该途径中的关键基因pgm并进行了异源表达。eps基因簇负责eps单体重复单元合成以及输出相关的EPS合成过程,在EPS前体糖核苷酸合成途径中双歧杆菌A17利用葡萄糖、乳糖形成UDP-Gal、UDP-Glc两种前体糖核苷酸。其中,pgm 编码1→6葡萄糖磷酸变位酶,该酶的产量和活性与EPS合成有关。     

链霉菌DDE转座酶基因的克隆及生物信息学分析

从实验室保藏的菌株中筛选出一株产DDE转座酶的菌,经形态及生理生化、16S rDNA及建树分析比对,该菌株属链霉菌属灰褐类群,暂将其命名为Streptomyces labedae sp. X1。从Streptomyces labedae sp. X1基因组DNA扩增一401 bp的DDE转座酶基因,通过Blast和ISfinder数据库进行序列比对,结果显示其与ISAzo13家族转座酶的基因有88%的相似度。通过对其进行生物信息学分析,发现该基因可编码133个氨基酸,且该DDE转座酶的保守的氨基酸三联体分别位于Asp43、Asp49、Glu91上,理化性质结果显示编码产物为稳定的亲水蛋白;二级结构以α-螺旋和无规则卷曲为主,不存在信号肽和跨膜结构域,为非分泌蛋白;有14个磷酸化位点且仅有一个糖基化位点;高级结构以α-螺旋为主;通过SDS-聚丙烯酰胺凝胶电泳,结果显示在27 ku处出现条带。该研究结果为研究链霉菌DDE转座酶基因的表达机制提供了重要信息,对以后鉴定DDE转座酶活性以及它的结构和功能奠定基础。     

树莓RiPAL1基因克隆及生物信息学分析

苯丙氨酸解氨酶（Phenylalanine Ammonia Lyase,PAL）是苯丙烷类代谢的关键酶,能调节树莓中黄酮类的生物合成。为了深入研究树莓中RiPAL1基因的功能与调控机制,以树莓果实为材料提取总RNA,合成cDNA第一链,然后成功克隆出树莓果实RiPAL1基因,并对其进行了相关的生物信息学分析。结果表明,RiPAL1基因的编码序列（Coding Sequence,CDS）全长为2 133 bp,编码710个氨基酸,分子量为77.50 ku,等电点为6.21。RiPAL1蛋白疏水性最大值为4.50,最小值为-4.50,平均疏水指数为-0.49,为亲水性蛋白,无跨膜结构,无信号肽。含有4个N糖基化位点和67个特异性激酶位点,二级结构以α螺旋为主,三级结构为同型四聚体。多序列比对显示RiPAL1蛋白具有典型的苯丙氨酸解氨酶保守结构域,系统进化分析表明RiPAL1蛋白与同科植物草莓亲缘关系最近。该研究可为深入研究RiPAL1基因参与树莓果实黄酮类物质生物合成的分子机制提供参考。     

酸土脂环酸芽孢杆菌Fe-SOD基因克隆及生物信息学分析

酸土脂环酸芽孢杆菌具有嗜酸耐热的独特生理特性,从该属细菌中分离到的多种酶类都具有耐酸热稳定性,是筛选耐酸耐热酶的重要菌种资源。超氧化物歧化酶(SOD)由于具有重要的生理功能而广泛用于食品、药品及化妆品等行业。为了深入探讨酸土脂环酸芽孢杆菌SOD的分子生物学特性,本研究利用同源克隆、交错式热不对称PCR技术和生物信息学方法进行Fe-SOD基因克隆、测序及序列分析。结果表明,Fe-SOD基因(GenBank序列号:JN614998)ORF全长为606bp,编码202个氨基酸,其推测氨基酸序列与来源于酸热脂环酸芽孢杆菌DSM446的Fe-SOD(ACV58017.1)序列相似性最高,为78%。整个蛋白序列含有Fe/MnSODs家族的5个模体,SOD活性中心含有金属离子结合配基His27、His82、Asp164和His168,具有Fe/MnSODs家族典型的蛋白结构特征。酸土脂环酸芽孢杆菌Fe-SOD基因的克隆和生物信息学分析为进一步构建原核表达载体、获得生产耐酸热Fe-SOD的基因工程菌株奠定基础。     

链霉菌MY0504纤溶酶YG4基因的克隆及生物信息学分析

本研究获得了海洋链霉菌MY0504纤溶酶YG4基因,并对其进行生物信息学分析。利用依据同源序列设计的兼并引物,对提取的链霉菌MY0504的基因组DNA进行PCR扩增,将得到的DNA片段连接到pMD18-T载体后转化感受态Trans10细胞,然后对阳性克隆进行测序,并对序列进行生物信息学分析。最终克隆了1083bp的海洋链霉菌MY0504纤溶酶YG4基因。将获得的YG4基因输入Gen Bank网站,进行检索比对,结果显示与丝氨酸蛋白酶基因碱基序列同源性100%。对16s rDNA序列分析结果表明,该菌株与达格斯地链霉菌、氢化链霉菌、嫩白黄链霉菌、浅紫链霉菌的亲缘关系较近;通过对YG4基因编码蛋白的一级结构、二级结构、亚细胞定位和三级结构的预测和分析,结果表明:该基因编码360个氨基酸,其编码产物为稳定的亲水蛋白;二级结构以α螺旋和β折叠为主,无信号肽和跨膜结构域,有40个磷酸化位点;高级结构以无规则卷曲为主。本研究结果为研究海洋链霉菌MY0504纤溶酶YG4基因的表达机制及目的蛋白表达水平的提高提供了重要信息。     

海洋链霉菌KR结构域基因的克隆与分析

酮还原酶（Ketoreductase,KR）是聚酮合酶（Polyketide Synthase,PKS）重要的组分,可催化β-酮基的还原,是手性药物合成的重要手段,并在聚酮化合物合成中起着关键性作用。该研究从海洋链霉菌Streptomyces sp. X-66基因组DNA扩增出一条 1 331 bp的KR结构域基因,并进行生物信息学分析。Blast结果显示该序列包括了FAS KR和PKS KR两部分,核心功能区域集中于PKS KR基因部分序列;最大ORF区域拟编码333个氨基酸,理论等电点为4.80,分子式为C1500H2419N433O463S6,不稳定指数为24.85,为酸性稳定蛋白,并有较低亲水性,不含信号肽和跨膜结构,二级结构以α-螺旋和无规卷曲为主,SDS-PAGE显示其相对分子质量约为70 ku。通过氨基酸多序列比对,表明蛋白KR3属于B1型KR;以蛋白KR3氨基酸序列预测并检验其三级结构模型,利用分子对接和可视化分析预测蛋白KR3与配体结合的关键残基为204Thr、206Thr和207Leu,依据相关研究分析蛋白KR3引导底物进入活性中心的结合模式与B型KR较为符合,为进一步研究KR3的功能及新型手性药物和聚酮化合物的合成提供科学依据。     

海洋链霉菌差向异构结构域基因的克隆与分析

为研究差向异构结构域基因的序列特征以及其在非核糖多肽生物合成中的立体异构化特性,以海洋链霉菌 Streptomyces sp. X66基因组DNA为模板,采用PCR技术克隆获得目的基因序列,经测序及生物信息学分析表明,该基因序列长 1 099 bp,Blast序列比对该基因与Streptomyces albidoflavus strain W68的E结构域基因序列相似度达99.45%,具有典型的差向异构结构域的功能区域,且包含差向异构结构域独有的保守基序HHxxxD,证明扩增的基因片段为差向异构结构域基因序列。理化分析显示：其拟编码366个氨基酸,理论等电点为5.69,原子组成为C1752H2738N510O523S3,不稳定指数为32.68,平均亲水系数为-0.15,编码产物为酸性亲水稳定蛋白,且不含信号肽和跨膜结构,二级结构以α-螺旋和无规卷曲为主,SDS-PAGE显示其分子量约为55 ku,与预期相符。通过对差向异构结构域基因的研究,以期为进一步解析差向异构结构域功能及新型非核糖体多肽的研发提供科学依据。