灰褐链霉菌与黄色短杆菌属间原生质体融合提高ε-聚赖氨酸产量（英文）

为提高灰褐链霉菌(Streptomyces griseofuscus LS-6)的ε-聚赖氨酸(ε-poly-lysine,ε-PL)发酵水平,从增加内源性前体赖氨酸角度考虑,将S. griseofuscus LS-6与赖氨酸生产菌株黄色短杆菌(Brebvibacterium flavum S62)进行属间的原生质体融合。以S. griseofuscus LS-6产黑色素作为遗传标记挑选到1株融合子LS-32,其ε-PL摇瓶产量为2.82 g/L,是亲本菌株LS-6的1.73倍;LS-32在补料分批发酵中的ε-PL产量达到56.4 g/L,比亲本提高了38.9%。随机引物扩增多肽DNA技术显示融合子LS-32中确实有来自B. flavum S62的基因;融合子ε-PL代谢途径中关键酶的活力(己糖激酶、天冬氨酸激酶、ε-PL合成酶等)和胞内氨基酸含量(赖氨酸、谷氨酸、精氨酸等)均高于亲本,是LS-32高产ε-PL的重要原因。本研究明确了内源性赖氨酸对于提升ε-PL产量的重要性,且属间融合为ε-PL产生菌的育种研究提供了新的参考途径。     

ε-聚L-赖氨酸高产菌株诱变选育

微生物发酵生产的广谱抗菌的多肽ε-聚L-赖氨酸(ε-PL),易被生物分解,对人体无害,具有广阔的应用前景,目前已作为保鲜防腐剂在食品加工中使用。本研究立足ε-PL菌株的诱变选育,以白色链霉菌H为出发菌株,利用钴60和ARTP对菌株进行复合诱变,最终选育出ε-PL高产菌株H1-2,突变菌株在10L发酵罐规模,ε-聚L-赖氨酸产量达到24.5g/L,比出发菌株产量提高了88.5%。     

中间代谢产物对白色链霉菌ε-聚赖氨酸合成的影响

探讨白色链霉菌ε-聚赖氨酸(ε-poly-L-lysine,ε-PL)生物合成过程中,中间代谢产物柠檬酸、L-天冬氨酸和L-赖氨酸对ε-PL合成的影响。单因素实验结果表明,在摇瓶发酵开始(0 h)添加柠檬酸至终质量浓度为1.0g/L,培养到12 h分别添加终质量浓度为0.3 g/L的L-天冬氨酸和终质量浓度为1.0 g/L的L-赖氨酸,可分别提高ε-PL产量42.5%、28.7%和44.1%。正交试验显示,只有柠檬酸和L-赖氨酸对ε-PL合成影响显著(P0.05),而L-天冬氨酸影响不显著;在培养基中添加1.0 g/L的柠檬酸和L-赖氨酸ε-PL产量可提高60.1%。在破碎的无细胞体系中,只有添加L-赖氨酸可以检测到ε-PL的生成,进一步证实了L-赖氨酸是ε-PL合成的直接前体。因此,通过添加合适的中间代谢产物,可以有效提高ε-PL产量。     

Genome Shuffling Enhanced e-poly-L-lysine Production of a Recombinant Streptomyces sp. Feel-1

利用Genomeshuffling技术对1株融合重组菌Streptomycessp．Feel-1产ε-聚赖氨酸（8-PL）进行了育种研究。首先对Feel-1进行了甲基磺酸乙酯（EMS）诱变,以甘氨酸（Gly）和S-2-氨乙基-L-半胱氨酸（AEC）作为抗性指标进行筛选,得到4株正向突变株,ε—PL摇瓶产量分别为1．78g／L、1．89g／L、1．85g／L、1．86g／L,比原始菌株Feel-1（1．60g／L）分别提高了11．3％、18．1％、15．6％、16．3％;然后将这4株产量提高株作为出发菌库,采用双亲灭活法进行了3轮递推式原生质体融合（Genome shuffling）,最终得到了3株产量大幅提高的重组菌,摇瓶产量分别为2．42g／L、2．35g／L和2．37g／L,比原始菌株分别提高了51．3％、46．9％和48．i％;选择其中1株（G3—67）进行补料分批发酵,192h时ε-PL产量达到32．2g/L。     

利用抗性筛选和基因组重排技术选育ε-聚赖氨酸高产菌株

聚赖氨酸产生菌Streptomyces albulus M-Z18的摇瓶产量较低,仅为1. 60 g/L。利用抗性筛选和基因组重排技术对S. albulus M-Z18进行菌种选育以获得高产ε-聚赖氨酸菌株。通过引入巴龙霉素抗性到S. albulus M-Z18中,获得两株性状优良的菌株S. albulus P-1和S. albulusP-2,ε-聚赖氨酸产量分别为2. 20 g/L和2. 16 g/L,单位菌体ε-聚赖氨酸合成能力分别为0. 41g/g和0. 39 g/g,作为基因组重排的亲本菌株;运用正交实验优化实验条件,最终获得一株高产ε-聚赖氨酸的融合子S. albulus G12,产量为2. 73 g/L,相比M-Z18提高了70. 63%。     

链霉素抗性选育ε-聚赖氨酸高产菌株

基于核糖体工程的育种方法,通过逐级赋予小白链霉菌M-Z18链霉素抗性,以提高产生菌的ε-聚赖氨酸(ε-PL)合成能力。首先,通过筛选低浓度链霉素(1~5 MIC)抗性突变株,将M-Z18的ε-PL的摇瓶产量从1.6提高到2.43 g/L;随后,再次提升菌株的链霉素耐受性(5~10MIC),进一步增强菌株的ε-PL合成能力;最后,获得一株高产突变菌SS-19,其ε-PL产量和单位菌体合成能力分别为3.13 g/L和0.58 g/g,较出发菌M-Z18分别提高了95.63%和137.61%。研究表明,SS-19的中心碳代谢途径及ε-PL合成相关的关键酶活性有所增加,意味着ε-PL的合成代谢被明显加强。在以葡萄糖为碳源的RSM培养基中,SS-19比前期育种获得的高产菌株表现出更好的ε-PL合成能力。以上结果表明,通过逐步引入高浓度链霉素抗性的筛选方法可有效提升小白链霉菌的ε-PL产量。     

优化有机氮源提高小白链霉菌发酵生产ε-聚赖氨酸效率

ε-聚赖氨酸(ε-poly-L-lysine,ε-PL)是小白链霉菌(Streptomyces albulus)分泌产生的一种同型氨基酸聚合物,具有广泛的抑菌活性,目前被多个国家批准使用,是一种优良天然食品防腐剂。为了进一步提高S. albulus GS114的ε-PL发酵产量,对其发酵培养基中有机氮源的种类及浓度进行了系统优化,并对ε-PL产量提高的原因从氨基酸方面进行了初步解析。研究结果显示,S. albulus GS114的最佳有机氮源为酵母浸粉FM760,最佳添加质量浓度为9.27 g/L,在此条件下,摇瓶自然发酵中ε-PL产量达到(2.60±0.02) g/L,较对照有机氮源提高了22.07%;在pH受控的分批发酵中,ε-PL产量达到(6.41±0.23) g/L,较对照提高42.64%;在补料分批发酵中,ε-PL产量达到62.38 g/L,较对照提高了18.80%,葡萄糖转化率提高了25.77%。同时,通过氨基酸添加实验,初步发现酵母浸粉FM760提高ε-PL产量可能与异亮氨酸、亮氨酸和丙氨酸有关。该研究结果对工业发酵生产ε-PL的有机氮源选择具有重要指导意义。     

过表达L-赖氨酸合成途径关键基因和ε-聚赖氨酸合成酶基因对ε-聚赖氨酸合成的影响

ε-聚赖氨酸(ε-poly-L-lysine, ε-PL)是小白链霉菌(Streptomyces albulus)产生的一种具有广谱抑菌活性的次级代谢产物,作为一种新型天然食品防腐剂在食品工业领域获得了广泛应用。通过代谢工程手段提高ε-PL生产菌的产物合成能力是降低ε-PL生产成本的有效手段,但目前关于ε-PL生物合成的关键代谢节点和调控机制还不清晰,因此还缺乏有效的靶基因。该研究基于文献挖掘了5个L-赖氨酸合成途径关键基因pyc(丙酮酸羧化酶基因)、ppc(磷酸烯醇式丙酮酸羧化酶基因)、zwf(6-磷酸葡萄糖脱氢酶基因)、dapA(二氢吡啶二羧酸合成酶基因)、lysA(二氨基庚二酸脱羧酶基因)和1个ε-PL合成酶基因(pls),并借助基因过表达手段,寻找影响ε-PL生物合成的关键靶基因。研究结果发现,过表达ppc、pyc和pls能够有效促进S.albulus WG608合成ε-PL。在补料分批发酵方式下,过表达菌株OE-ppc、OE-pyc和OE-pls的ε-PL产量较出发菌株S.albulus WG608分别提高2.8%、9.9%和16.3%,单位菌体合成能力分别提高12.7%、2...     

ε-聚赖氨酸产生菌的复合诱变筛选及其发酵培养基优化

以白色链霉菌FQ-9为出发菌株,首次利用(甘氨酸+L-赖氨酸+磺胺胍)复合抗性,进行"紫外-氯化锂"复合诱变,筛选出一株ε-PL产量达(0.668±0.0045)g/L的突变菌株FQC-23,产量提高了15.37%,且其遗传性稳定。然后在单因素实验的基础上,应用响应面分析方法,对其发酵培养基进行优化,最终确定最佳培养基为(g/L):葡萄糖46.1、酵母粉13.0、(NH4)2SO45.9、Mg SO4·7H2O 0.5、K2HPO40.8、KH2PO41.36、Fe SO4·7H2O 0.03、Zn SO4·7H2O 0.04,在此条件下,FQC-23的ε-PL产量达(1.090±0.0041)g/L,比出发菌株的产量提高了87.56%。     

聚-ε-赖氨酸降解特性的初步研究

聚-ε-赖氨酸(Poly-ε-Lysine,ε-PL)是由L型赖氨酸通过α-羧基和ε-氨基之间形成酰胺键连接而成的多聚氨基酸,是一种新型的营养型生物防腐剂。实验初步研究了ε-PL的降解特性。结果表明,ε-PL的热稳定性较好,在121℃保存20min,其降解率仅为6%;ε-PL在0.01mol/L盐酸溶液中降解率接近0,在0.01mol/L氢氧化钠溶液中降解率达到75%;相比胃蛋白酶和胰蛋白酶,风味酶和木瓜蛋白酶对ε-PL的降解影响较大;ε-PL的产生菌白色链霉菌能够降解ε-PL。     

柠檬酸钠和生物素对白色链霉菌发酵产ε-聚赖氨酸的影响

本文研究了不同生长期在培养基中添加柠檬酸钠和生物素对白色链霉菌生长及产ε-PL的影响,结果表明添加不同浓度柠檬酸钠对菌体生长的影响不明显,但对白色链霉菌ε-PL合成有正向促进作用。0 h添加2 g/L的柠檬酸钠可获得最大的ε-PL产量0.92g/L。随着柠檬酸钠浓度的增加,ε-PL产量先增加后降低。在0 h添加2 g/L柠檬酸钠并在36 h添加300μg/L生物素,发酵72 h后菌体干重和ε-PL产量分别达到了7.86 g/L和1.10 g/L,是空白对照组的1.30倍和1.93倍,说明外源添加柠檬酸钠和生物素对白色链霉菌发酵生产ε-PL有促进作用。     

ε-聚-L-赖氨酸对酿酒酵母抑菌机制的初步研究

ε-聚-L-赖氨酸(ε-Poly-L-lysine,ε-PL)是一种具有广谱抑菌性的聚阳离子多肽,目前已作为生物防腐剂广泛应用。为了进一步揭示ε-PL抑菌机理,本文以酿酒酵母作为模式菌株,确定了ε-PL作用下酿酒酵母的剂量响应曲线、致死率、活力,以及ε-PL细胞膜穿透活性和其对酵母细胞表面疏水性的影响;研究了二价阳离子对ε-PL抑菌活性的影响;利用扫描电子显微镜观察了酵母细胞形态在ε-PL作用下的变化。结果表明:ε-PL对酿酒酵母的抑菌活性依赖于其作用浓度的高低,当ε-PL浓度达到500μg/m L时可将酵母细胞致死;此外,ε-PL能够提高酵母细胞膜通透性和疏水性;同时,ε-PL抑菌活性会受到二价阳离子的影响;基于上述实验结果和扫描电子显微镜观察发现ε-PL可能通过毡毯模型中描述的作用模式将酵母细胞杀死。     

ε-多聚赖氨酸产生菌发酵研究与产物鉴定

为了提高ε-多聚赖氨酸(ε-PL)产生菌的发酵效率和产量,在筛选高产ε-多聚赖氨酸产生菌株基础上,对发酵培养基成分进行优化,以提高比发酵量以及发酵效率为途径获得最佳培养基成分。辅助以原位分离发酵实验,结果发现当甘油与D-木糖按照3:7混合作为复配碳源,(NH4)2SO4与酵母粉按照1:1.25混合作为复配氮源时,产量最高为1.76 g/L,相比于优化前的发酵产量、比发酵量和发酵效率分别提高了30.1%、18.8%和17.1%。同时通过核磁共振波谱与薄层层析确定发酵产物,从而验证整个发酵体系的性能。     

辅助能量物质柠檬酸促进ε-聚赖氨酸的合成

为提高ε-聚赖氨酸(ε-PL)合成能力,考察了柠檬酸对Streptomyces sp.M-Z18菌体生长和ε-PL合成的影响。研究发现,柠檬酸作为辅助能量物质,对ε-PL发酵过程影响显著。通过对柠檬酸添加时间、添加量和pH值的优化,确定了最佳柠檬酸添加方式,结合补料-分批发酵工艺,显著提高了ε-PL的产量。实验结果表明,在5L发酵罐中,维持pH为3.8,初始柠檬酸添加量为20 g/L时,分批发酵ε-PL的产量达到9.50 g/L,产率达到4.40 g/(L.d),较未添加柠檬酸发酵分别提高了46.4%和48.1%。采用添加柠檬酸的补料-分批发酵工艺,发酵168 h后ε-PL的产量达到22.89 g/L,是分批发酵的2.41倍。     

保加利亚乳酸杆菌与整肠生菌进行原生质体融合的研究

利用有芽孢的整肠生菌株（Bacillus licheniformis）与无芽孢的保加利亚乳酸杆菌（Lactobacillus bulgaricus）作为亲本．进行原生质体融合，并对融合子的产乳酸、丁二醇能力以及酸奶发酵能力进行了研究。结果表明，在MM培养基内，融合子乳酸产量为10．104mg／L、丁二醇产量为46．13mg／L，乳酸和丁二醇产量高于两亲本菌株。在CM培养基内，融合子乳酸产量为12．85mg／L其产量高于两亲本；丁二醇产量为69．19mg／L其产量高于保加利亚酸杆菌。在细胞形态上，融合子也与亲本存在一定的差异。在酸奶发酵的过程中，乳酸产量和pH值与亲本保加利亚乳酸杆菌发酵的结果一致。经过10次传代培养后，其遗传稳定性保持在99％以上。     

新型食品防腐剂ε-PL的研究进展及应用

ε-聚赖氨酸（ε-polylysine，简写为ε-PL）是L-赖氨酸均聚物，通常作为食品防腐剂使用。ε-PL进入人体内会被分解，而其分解产物L-赖氨酸对人体无害，因此ε-PL比其他化学防腐剂更安全。本文概述了ε-PL的理化、生物学性质、抑菌原理以及应用等，为我国新型食品防腐剂的发展研究提供参考。     

原生质体融合选育多杀菌素高产菌株

实验以刺糖多孢菌CB11(Saccharopolyspora spinosa CB11)与红霉素高产菌株红色糖多孢菌E2(Saccharopolyspora erythraea E2)为亲本进行种间原生质体融合,通过对两亲本原生质体的不同灭活条件的考察,确定了S.spinosa CB11的热灭活条件为60℃水浴45 min,S.erythraea E2的紫外灭活条件为20 W紫外灯30 cm处,照射1 min。实验还优化了S.spinosa CB11与S.erythraea E2原生质体进行种间的最佳融合条件:室温下采用50%PEG 1 000融合3～5 min。融合子经多杀菌素的摇瓶发酵发现,融合子正突变率达到57.1%,其中遗传稳定性良好的高产融合子S.spinosa X9的多杀菌素产量可达290μg/mL,比亲本S.spinosa CB11(产量为153μg/mL)提高了89.5%。所有研究结果表明原生质体种间融合技术在刺糖多孢菌多杀菌素高产菌株选育中的应用是可行的、高效的。     

纳滤脱盐在ε-聚赖氨酸分离提取中的应用

为了建立ε-聚赖氨酸（ε-PL）分离提取过程中的纳滤脱盐方法,作者在纳滤膜种类筛选基础上,以模拟料液为研究对象,通过单因素实验优化了纳滤膜脱盐条件,并将其应用到离子交换洗脱液的脱盐中。研究结果表明,纳滤膜SP800在透过通量、ε-PL收率和脱盐率等指标上均最优,适合用于ε-PL脱盐;纳滤膜SP800脱盐条件为：料液pH值为9.0,最大浓缩倍数对应ε-PL质量浓度为100 g/L左右,再加入去离子水以恒容渗滤方式脱盐,直到透过液电导率低于300 μS/cm为止。该脱盐工艺处理1 000 L ε-PL离子交换洗脱液时,脱盐率达到96.43%,ε-PL损失率0.77%;ε-PL纯度达到98.21%,灰分为1.02%。本研究是首次尝试纳滤用于ε-PL分离和提取过程脱盐,对ε-PL产业化生产具有一定的指导意义。     

添加ATP和生物素优化ε-聚赖氨酸发酵的研究

以白色链霉菌（Streptomyces albulus）突变株为研究对象,研究不同发酵时间在发酵培养基中添加ATP、生物素对ε-聚赖氨酸产量的影响。结果表明,在发酵36h时添加2mmol/L的ATP的产量比对照组提高了21.88%,达到1.17g/L;在0h、36h添加400μg/L生物素的ε-PL产量分别比对照组提升了30.88%和18.52%;通过进一步正交试验发现,在36h时添加300μg//L的生物素以及2mmol/L的ATP对该白色链霉菌ε-PL产量提升最大,比对照组提高了34.04%,产量达到1.193g/L,说明外源添加ATP和生物素对白色链霉菌发酵生产ε-聚赖氨酸有促进作用。     

一株高产3-羟基丁酮枯草芽孢杆菌的构建

以产3-羟基丁酮枯草芽孢杆菌(Bacillus subtilis)TH-49(Val-)和产α-乙酰乳酸脱羧酶地衣芽孢杆菌(Bacillus licheniformis)AD-30为亲本菌株,以聚乙二醇为融合促进剂,进行原生质体融合获得融合子,融合子经再生、筛选等过程,最终获得高产3-羟基丁酮菌株HB-32,该菌株3-羟基丁酮产量高达49.64 g/L,比菌株TH-49(Val-)提高了61.8%,且遗传稳定性良好。进一步采用随机扩增多态性DNA(RAPD)技术,从分子水平上分析了高产3-羟基丁酮菌株HB-32与亲本菌株基因组的变化。结果表明,枯草芽孢杆菌(B. subtilis)TH-49(Val-)和地衣芽孢杆菌(B. licheniformis)AD-30原生质体融合成功,提高了融合子HB-32 3-羟基丁酮产量。