类泛素介导和热激响应协同提高酿酒酵母的热稳定性

通过调节类泛素和热激响应介导的酿酒酵母内部的活性蛋白质平衡,提高酵母细胞的热稳定性和乙醇发酵性能,从而达到工业生产中降低控温能耗的目的。将5个蛋白质平衡相关基因分别与调控基因FBA1p组合构建耐热元器件,并将其导入酿酒酵母Saccharomyces cerevisiae INVSC1,通过梯度升温培养筛选得到能赋予酵母细胞较好耐热性的类泛素元器件FBA1p-atg8和热激蛋白元器件FBA1p-hsp104;其对应的工程菌S.c-ATG8和S.c-HSP104在40℃恒定培养下,OD660值均比对照高50%以上(84 h),细胞存活率分别是对照的1.64倍和3.01倍(72 h),且都具有较好的细胞壁完整性及海藻糖合成量。将atg8与hsp104组合构建成双功能耐热元器件,其工程菌S.c-ATG8-HSP104在40℃恒定发酵的生长能力、细胞活力和乙醇生产能力都明显优于S.c-ATG8与S.c-HSP104。结果表明,通过类泛素介导与热激蛋白响应协同调节胞内活性蛋白质平衡可以有效地提高酿酒酵母的热稳定性。     

大肠杆菌耐热元器件的构建及其应用

以提高大肠杆菌耐热性为目的,基于腾冲嗜热菌(Thermoanaerobacter tengcongensis MB4)热激蛋白基因T.te-HSP20构建了诱导型耐热元器件T7-T.te-HSP20和组成型耐热元器件gapA-T.te-HSP20,转入大肠杆菌(Escherichia coli)获得工程菌E.coli-TH和E.coli-GH。工程菌E.coli-TH在30℃和IPTG诱导下,目标蛋白呈可溶性表达,经50℃热激30 min后,存活率提高了3.2倍。高温发酵表明gapA-T.te-HSP20扩宽了工程菌E.coli-GH的最适生长温度的范围(37~43℃),较大程度提高了大肠杆菌的耐热性。抗逆性分析还发现工程菌E.coli-GH具备了耐热与耐丁醇的双重功能,并有一定的抗乙酸和乙醇能力。为工业梯度升温发酵生产生物基产品的高效制造、节省成本提供了新思路。     

大肠杆菌耐热元器件的构建及其应用

以提高大肠杆菌耐热性为目的,基于腾冲嗜热菌（Thermoanaerobacter tengcongensis MB4）热激蛋白基因 T.te-HSP20 构建了诱导型耐热元器件T7-T.te-HSP20 和组成型耐热元器件gapA-T.te-HSP20,转入大肠杆菌（Escherichia coli）获得工程菌 E. coli-TH 和 E. coli-GH。工程菌E. coli-TH在30℃和IPTG诱导下,目标蛋白呈可溶性表达,经50℃热激30 min后,存活率提高了3.2倍。高温发酵表明gapA-T.te-HSP20扩宽了工程菌E. coli-GH的最适生长温度的范围（37～43℃）,较大程度提高了大肠杆菌的耐热性。抗逆性分析还发现工程菌E. coli-GH具备了耐热与耐丁醇的双重功能,并有一定的抗乙酸和乙醇能力。为工业梯度升温发酵生产生物基产品的高效制造、节省成本提供了新思路。     

低甘油产率的酿酒酵母工程菌构建研究进展

酿酒酵母具有安全、遗传背景清楚、生长速度快、高糖耐受性、高乙醇产量以及高胁迫耐受性等特性,是乙醇生产较为理想的细胞工厂.甘油是酿酒酵母发酵产乙醇过程中的一种主要伴生副产物,过量表达甘油影响糖醇转化率.通过基因工程改造甘油代谢和乙醇生产途径,是降低甘油产量和提高乙醇转化率的有效策略.首先分析改造酿酒酵母细胞中甘油和乙醇代谢路径,阐明甘油在酿酒酵母中生理功能;然后,根据甘油合成途径、分解途径和NAD+/NADH代谢途径,分析低甘油产率的酿酒酵母工程菌构建的技术路径,比较各种基因改造策略对甘油合成和乙醇产率的影响;最后,针对基因整合技术、工程菌遗传稳定型以及工程菌代谢负担加重方面存在的问题,提出可供参考的解决方案,为构建酿酒酵母工程菌高效生产乙醇提供参考.     

酿酒酵母乙醇耐受性的研究进展

酿酒酵母是重要的工业微生物之一,具有发酵速度快、乙醇产量高特性,主要应用于乙醇和酿酒行业。但在发酵过程中,随着乙醇积累会对酵母细胞产生毒害作用,从而抑制了菌体细胞生长和乙醇进一步形成。因此,对酿酒酵母乙醇耐受性机制研究具有重要的理论和实际意义,也为选育具有较强乙醇耐受性的酵母菌种提供了理论基础。本文综述了酿酒酵母乙醇耐受性研究进展,介绍了酿酒酵母乙醇发酵途径、乙醇耐受性机理,主要阐述了提高酵母乙醇耐受性方法。指出加强酵母乙醇耐受性机理研究,了解乙醇耐受性与其他胁迫耐受性联系,最终提高酵母菌乙醇转化效率是未来研究关键。     

LSM蛋白增强木糖发酵重组酵母抗逆性能的研究

木质纤维素原料预处理过程中产生的弱酸、呋喃醛类和酚类化合物等对酿酒酵母的乙醇发酵有抑制作用,提高基因重组酵母对抑制物的耐受性,是利用植物秸秆水解液生产燃料乙醇的关键技术之一。研究从前期构建的戊糖、己糖共发酵重组酿酒酵母Saccharomyces cerevisiae ZU-E8基因组DNA中克隆出RNA结合蛋白LSM6,将其连入含有PADH启动子的质粒构成表达载体pR-LSM,进而转入ZU-E8宿主细胞中。通过高浓度醋酸根平板筛选,得到高抗逆性木糖发酵重组酵母ZU-910。在醋酸浓度为2 g·L-1的木糖培养基中发酵96 h后,ZU-910的木糖利用率和乙醇浓度为90.2%和26.9 g·L-1,分别是出发菌株ZU-E8的8.5和10倍,并且ZU-910对糠醛和硫酸根的耐受能力也较ZU-E8大大增强。在玉米秸秆酶解液发酵中,ZU-910的木糖利用率和乙醇产量在ZU-E8基础上增加了10.5%和7.7%.证明LSM6蛋白确实能够增强木糖发酵重组酵母的抗逆能力,提高其发酵性能。该研究成果在木质纤维素替代粮食生产乙醇的产业化进程中具有良好的应用前景。     

与膜耦合的细胞固定化串联发酵制乙醇的研究

利用植物纤维作为廉价的糖源生产燃料乙醇是解决世界能源危机的最有效途径.今研究采用海藻酸钙固定普通酿酒酵母细胞和嗜鞣管囊酵母细胞于两个串联的发酵罐内,连续发酵葡萄糖和木糖组成的糖液并与膜耦合来制取酒精.通过硅橡胶膜(PDMS)的渗透蒸发过程,将产品乙醇从发酵液中移出,减少了产物乙醇对发酵的抑制作用.实验结果表明,这套采用海藻酸钙固定酵母细胞进行连续发酵并与膜耦合的生物反应器系统,在稀释率为0.321 h-1下稳定运行,剩余葡萄糖和木糖浓度分别为0.134、4.921 g·L-1,乙醇得率为O.457 g(乙醇)·g-1(糖),是理论得率的92.64%.生产能力达到10.996 g·L-1·h-1.与其它发酵方式相比较,用海藻酸钙来固定细胞并与膜耦合的发酵过程可增大酵母细胞浓度,明显降低乙醇对酵母的抑制作用,并提高糖的转化率.     

乙醇发酵过程中酿酒酵母的磷脂组变化

磷脂分子是细胞膜的重要组成,在酵母发酵产乙醇过程中起重要作用。通过液质联用方法对两株酿酒酵母细胞（工业酵母O和实验室酵母S）的磷脂分子进行定性和定量分析,应用主成分分析（PCA）和正交偏最小二乘（OPLS）对O和S不同生长时期的磷脂图谱进行模式识别。结果发现,在乙醇发酵过程中,两株酵母共同的变化规律是：从延滞期进入指数期过程中,饱和短链磷脂分子增加,不饱和长链磷脂分子减少。而两株酵母的差异表现在延滞期时,具有较低生长速率的酵母PE分子含量更高。     

异源转氢酶NNT对酿酒酵母木糖代谢的影响

表达有毕赤酵母木糖还原酶(XR)和木糖醇脱氢酶(XDH)的重组酿酒酵母,能代谢木糖.但是XR和XDH分别偏好辅酶NADPH和NAD⁺,造成辅酶的不平衡和副产物的积累,所以重组酿酒酵母利用木糖产生乙醇的效率很低.转氢酶可以催化辅酶NADPH和NADH之间的相互转化,因此本实验将黑曲霉的转氢酶基因NNT转入到重组酿酒酵母中,通过实验确定了NNT基因的表达蛋白在酵母细胞内定位于线粒体中,NNT基因分别用pPGK1、pCCW12和pHXT7启动子进行表达,在微好氧的木糖发酵条件下,NNT基因的导入使酿酒酵母甘油产量下降,乙醇产率提高,在由pCCW12和pHXT7表达NNT基因的重组酿酒酵母中,木糖醇产率分别下降86.3%和49.3%,乙醇产率提高16.7%和12.7%,说明转氢酶NNT的存在改善了木糖代谢的辅酶不平衡,提高了乙醇的转化率.     

酵母工程菌降解纤维素的研究进展

利用基因重组技术构建酵母工程菌降解纤维素生产乙醇是一条可行的途径,概述了两类不同酵母表达系统,综述了目前纤维素酶基因克隆及其在酵母中表达的研究现状,指明了酵母工程菌在降解纤维素中的应用前景.     

不同非氧化磷酸戊糖途径基因的过表达对酿酒酵母木糖发酵性能的影响

以双拷贝过表达木糖代谢上游途径关键酶(木糖还原酶XR、木糖醇脱氢酶XDH和木酮糖激酶XKS)的酿酒酵母菌株为背景,在过表达非氧化磷酸戊糖(PP)途径中转醛酶基因TAL1的基础上,对途径中其他基因TKL1(转酮酶)、RPE1(核酮糖-5-磷酸差向异构酶)和RKI1(核酮糖-5-磷酸异构酶)进行了不同程度的过表达,以研究PP途径基因过表达对酿酒酵母木糖代谢的影响。在不同培养基条件下对重组菌株木糖代谢进行研究,结果显示,在过表达TAL1的基础上不同组合过表达PP途径其他基因不同程度改善了酿酒酵母木糖发酵性能,重组菌株能在36~48 h耗完质量分数(下同)为5%的木糖。其中,过表达PP途径全部基因比其他过表达基因组合表现出明显的优势,在8%木糖发酵条件下其乙醇产量达到了每1 g木糖0.337 g,较对照菌株提高了7.86%。这说明同步过表达PP途径基因更有利于酿酒酵母木糖发酵。     

高产谷胱甘肽酵母菌株的选育和培养条件的初探

以Saccharomyces cerevisiaeG796-2为出发菌株,通过紫外线照射结合乙硫氨酸平板筛选,连续两代诱变筛选分离得到高产突变株Saccharomyces cerevisiae SE-2;摇瓶试验胞内谷胱甘肽含量达到2.2%,较出发菌株G796-2提高62.9%,传代试验表明其遗传性能稳定。对SE-2的培养条件进行了研究。采用正交化实验和双碳源实验对培养基进行优化,结果表明,最佳初糖浓度6%,葡萄糖/糖蜜=3.5:1,半胱氨酸的添加浓度5mmoL?L?1较为适宜。在优化的培养条件下培养39h,SE-2谷胱甘肽总量达180mg?L?1以上,较G796-2提高81.2%。     

利用基元模式分析酿酒酵母的葡萄糖厌氧发酵过程以提高乙醇产量

Elementary flux mode （EFM） analysis was used in the metabolic analysis of central carbon metabolism in Saccharomyces cerevisiae based on constructed cellular network. Calculated from the metabolic model, the ethanol-producing pathway No. 37 furthest converts the substrate into ethanol among the 78 elementary flux modes. The in silico metabolic phenotypes predicted based on this analysis fit well with the fermentation performance of the engineered strains, KAM3 and KAMll, which confirmed that EFM analysis is valid to direct the construction of Saccharomyces cerevisiae engineered strains, to increase the ethanol yield.     

产青蒿二烯的人工酵母细胞的构建及发酵优化

为了异源合成抗疟疾药物青蒿素重要前体青蒿二烯, 以酿酒酵母作为底盘细胞, 利用基因工程手段构建功能人工酵母细胞。为提高基因拷贝数, 并增加重组菌株基因型的稳定性, 选择酵母基因组中多拷贝位点Delta为整合点, 实现酿酒酵母内源基因tHMGR和ERG20的过表达以及外源基因ADS的整合。过表达tHMGR和ERG20基因增加了酵母体内半萜类物质共同前体法尼基焦磷酸FPP的积累量;而导入外源基因ADS, 实现了酵母生产青蒿二烯。经过摇瓶发酵优化实验, 人工酵母菌株青蒿二烯产量为225.3 mg·L^-1;为了进一步提高青蒿二烯产量, 经过发酵过程优化和补料策略, 人工酵母菌株在5 L发酵罐中青蒿二烯产量达到1.05 g·L^-1。     

气提法弱化超高浓度乙醇发酵过程中自絮凝酵母振荡行为

超高浓度(very high gravity,VHG)连续乙醇发酵过程中的振荡行为会导致发酵终点的乙醇浓度振荡和降低,是VHG连续乙醇发酵面临的主要问题。研究表明,游离酵母Saccharomyces cerevisiae 4126和自絮凝酵母BHL01在VHG连续乙醇发酵过程中,生物量、残糖、乙醇、甘油等发酵参数都呈现130～145 h的周期性振荡,且絮凝酵母发酵体系的平均乙醇浓度和乙醇生产强度都明显高于游离酵母体系。在絮凝酵母VHG连续乙醇发酵过程中利用发酵尾气气提分离乙醇,酵母细胞振荡行为被明显弱化,达到拟稳态状态,并且使发酵液中的残糖浓度控制在0.1 g·L^-1以下,平均乙醇浓度为110.87 g·L^-1,乙醇产率达到2.99 g·L^-1·h^-1。因此,本研究为弱化VHG连续乙醇发酵中的参数振荡行为提供了新的技术手段。     

离子液体1-乙基-3-甲基咪唑醋酸盐对酿酒酵母AY93161的毒性及其酒精发酵过程的影响

为了考察离子液体在由木质纤维原料制备可发酵糖中的残留对后续酒精发酵过程的影响,对离子液体1-乙基-3-甲基咪唑醋酸盐([Emim]Ac)对酿酒酵母AY93161的毒性及其酒精发酵过程的影响进行研究。通过亚甲基蓝染色,利用OLYMPUS CX41显微镜观察不同[Emim]Ac浓度下对数生长期酵母细胞的形态结构,出芽情况及代谢活性,发现在[Emim]Ac浓度高于5 g·L^-1时,酵母细胞的形态结构会发生变化,在[Emim]Ac浓度高于0.1 g·L^-1时,随着[Emim]Ac浓度的增加,酵母的出芽速率及代谢活性降低。通过平板培养和液体悬浮培养测得[Emim]Ac对酵母的半有效浓度EC50和半抑制浓度IC50分别为4.45、7.70 g·L^-1。通过测定不同[Emim]Ac浓度下酵母酒精发酵的过程数据,发现在[Emim]Ac浓度低于0.1 g·L^-1时,对酵母酒精发酵过程几乎无影响,在[Emim]Ac浓度高于0.1 g·L^-1时,对酵母酒精发酵有抑制作用,[Emim]Ac对酵母酒精发酵的抑制作用主要是由其对菌体生长的抑制所致。     

耐热酿酒酵母FE-B的分离筛选及应用研究

从米酒酒曲中筛选出来一株乙醇发酵菌株,命名为FE-B,经鉴定为酿酒酵母,CGMCC保藏号为2735。FE-B在28,36和40℃都能生长,28 h左右达到稳定期时培养物的菌体浓度分别为4.24,3.95和3.23 g(DCW)/L。FE-B在28,36和42℃发酵24 h,发酵液中的乙醇浓度分别为8.0%,8.1%和3.3%。FE-B在温度≤41℃,酶加入量25 IU/g(秸秆干基),固含量10%条件下进行同步糖化与发酵,乙醇产生速率随温度上升而递增,当温度为41℃时,72 h后体系中乙醇浓度可达2.11%,纤维素水解率87.6%,具有很好的应用前景。     

重组酵母发酵半纤维素水解液生产酒精的研究

玉米秸秆中的半纤维素主要由五碳糖组成,普通的酿酒酵母不能发酵五碳糖。今利用基因重组酵母Sacchromyces cerevisiae ZU-10发酵玉米秸秆半纤维素水解液生产酒精,针对半纤维素水解液中的主要发酵抑制物,研究了硫酸根离子、乙酸、糠醛对重组酵母生长的影响,发现S.cerevisiae ZU-10细胞对SO42·,乙酸和糠醛的耐受浓度分别为5g·L·1、0.25g·L·1和0.08g·L·1。对玉米秸秆半纤维素的水解工艺进行了比较研究,结果表明,玉米秸秆采用1%H2SO4(固液比1:10),在95℃水解12h,其中的半纤维素水解率达到93%,发酵抑制物相对较少。半纤维素水解液经石灰中和、真空浓缩及离子交换处理后,可用于酒精发酵。半纤维素水解液的糖浓度与浓缩倍数及发酵抑制物浓度成正相关,对于重组酵母S.cerevisiae ZU-10,半纤维素水解液的适宜糖浓度为80g·L·1。在此浓度下,接种量1.2g·L·1(细胞干重计)、30℃、厌氧发酵96h,酒精浓度为31.05g·L·1,水解液中的木糖利用率达到95.85%。该研究结果对于促进半纤维素资源的转化利用,加速秸秆酒精的产业化进程具有重要意义。