土壤宏基因组中芽孢杆菌信号肽的克隆及分析

从土壤宏基因组中筛选获得在芽孢杆菌中高效分泌重组蛋白的信号肽。通过数据分析,将预测到的信号肽DNA片段与蛋白酶基因融合,在枯草芽孢杆菌（Bacillus subtilis）WB800和地衣芽孢杆菌（Bacillus licheniformis）DL6中表达,进行胞外蛋白酶酶活测定。筛选得到25个可能来源于G+菌的信号肽序列,胞外蛋白酶活性分析的结果显示,有14个信号肽具有较好的分泌蛋白酶的能力,其中引导效果最好的信号肽（sig20）是蛋白酶自身信号肽的1.64倍。将高分泌信号肽转化到地衣芽孢杆菌中,证实其在地衣芽孢杆菌同样具有较好的引导效果。应用生物信息学与宏基因组学相结合的方法,可有效获得高效的芽孢杆菌信号肽序列,为蛋白质高效分泌表达系统的构建提供丰富的表达元件。     

Pyrococcus yayanosii L-天冬酰胺酶在枯草芽孢杆菌中分泌途径的鉴定及其分泌能力的提高

食品安全（GRAS）菌株枯草芽孢杆菌由于其具有良好的分泌表达能力及易于基因工程操作等特性被广泛用作外源蛋白质的表达菌株。枯草芽孢杆菌中蛋白质的分泌大多依赖于信号肽介导的Sec分泌途径（General secretion pathway）和Tat分泌途径（Twin-arginine translocation pathway）。在本研究中,通过信号肽预测、蛋白质N端测序等手段发现来自于Pyrococcus yayanosii L-天冬酰胺酶在枯草芽孢杆菌中的分泌并不依赖信号肽,该酶通过非经典蛋白质分泌途径（non-classical protein secretion pathway）进行分泌。通过信号肽筛选,发现最适合该酶在枯草芽孢杆菌中表达的信号肽为Tat分泌途径信号肽SP_phoD,并通过共表达分子伴侣PrsA的方式将该L-天冬酰胺酶的分泌量提高了72.11%。     

β-葡聚糖酶发酵培养基的优化研究

为了对芽孢杆菌发酵产β-葡聚糖酶的培养基进行进一步的研究,以芽孢杆菌为发酵菌,通过单因素试验和三因素三水平正交试验法对芽孢杆菌的10L发酵罐发酵产酶培养基进行优化。实验结果表明:芽孢杆菌产β-葡聚糖酶的最优培养基为甘油含量6g/L、酵母粉含量24g/L和NaCl含量10g/L;发酵条件:接种量为10%、初始发酵pH值为7、培养温度为37℃、转速为350~950r/min、通风量为1vvm和发酵时间15h。经过3批发酵实验验证,最优条件下β-葡聚糖酶最高酶活可达3112U/mL。     

信号肽编码序列库的构建及耐热乳糖酶的分泌

为了实现来源于嗜热脂肪芽孢杆菌的β-半乳糖苷酶在枯草芽孢杆菌中的分泌表达,建立一种较简便的方法筛选能够分泌该酶的信号肽,即针对11种信号肤构建信号肽编码序列库,采用随机筛选方法得到合适的信号肽,构建相应的分泌表达载体和重组表达菌株.结果表明,通过信号肽随机筛选方法获得的枯草芽孢杆菌中性蛋白酶NprE信号肽能够有效引导该酶的细胞外分泌,重组菌株摇瓶培养16h后,上清液中积累的耐热β-半乳糖苷酶活力达到64.02 U/mL,占该酶所表达的总酶活力的29.6％.该信号肽筛选方法可以为微生物蛋白质分泌过程中的信号肽快速选择和优化提供参考.     

黑曲霉DL08内切葡聚糖酶基因的克隆表达及酶学性质研究

通过反转录PCR(RT-PCR)从黑曲霉(Aspergillus niger)DL08中提取内切葡聚糖酶基因(GeneBank No.KJ437592),PCR测序表明该基因全长999个核苷酸,编码332个氨基酸,预测相对分子质量为36.75 kDa,等电点(pI)为4.38,命名eg1。结构域分析表明,该蛋白包括18个氨基酸构成的信号肽和C末端1个糖基水解酶家族5的催化结构域。重组内切葡聚糖酶蛋白通过Ni-NTA亲和层析柱纯化,酶学性质研究表明,以羧甲基纤维素钠为底物时重组酶最适作用pH为5.0,最适作用温度为45℃。通过薄层层析法检测重组内切葡聚糖酶酶解1%羧甲基纤维素钠的产物,主要为连续寡糖。这些特性为纤维素酶酶解纤维素生产生物化学品和可再生生物燃料提供技术参考。     

酱油发酵醪中谷氨酰胺酶活性蛋白序列分析

为研究酱油发酵醪中微生物菌群谷氨酰胺酶活性蛋白的分布和基本特性,采用生物信息学方法对发酵醪中已鉴定微生物种属的谷氨酰胺酶活性蛋白进行了分类、筛选、信号肽分析、系统进化树分析、理化特性预测和3-D结构同源建模。发现酱油发酵醪中具有谷氨酰胺酶活性的蛋白分为3类,分别参与谷氨酰胺分解代谢、生物合成和谷氨酰胺转氨基作用。分析显示4种谷氨酰胺酶具有信号肽,其余谷氨酰胺酶活性蛋白序列均不含信号肽。系统进化树分析显示细菌类谷氨酰胺酶与真菌类谷氨酰胺酶呈现两个不同的进化方向。分泌型谷氨酰胺酶均有一定的亲水性,等电点在4.81~5.99之间。3-D结构同源模建显示阴沟乳杆菌和弗氏柠檬酸杆菌分泌的谷氨酰胺酶与大肠杆菌、枯草芽孢杆菌谷氨酰胺酶具有结构相似性。     

芽孢杆菌LWM1的分离鉴定及其对蜡样芽孢杆菌的抑制作用

从土壤样品中分离出10株芽孢杆菌（Bacillus spp.）,以蜡样芽孢杆菌（Bacillus cereus）为指示菌株,采用牛津杯扩散法筛选出一株具有较强抑菌活性的菌株LWM1。综合形态学、生理生化试验、基质辅助激光解吸电离飞行时间质谱（MALDI-TOF MS）及16S rDNA基因序列同源性分析,菌株LWM1被初步鉴定为一株解淀粉芽孢杆菌（Bacillus amyloliquefaciens）,并研究了其在马铃薯葡萄糖水（PDW）和营养肉汤培养基（NB）中发酵上清液对蜡样芽孢杆菌的抑制效果。结果表明,PDW培养基更有利于菌株LWM1生长和抑菌物质产生。因此,可利用PDW培养基为主要底物大规模发酵制备菌株LWM1的抑菌物质。     

一株产纤维素酶枯草芽孢杆菌的麸曲制作及其产酶特性研究

目的：为开发利用产纤维素酶菌种的资源利用率。方法：采用产纤维素酶系齐全、活性高的枯草芽孢杆菌（Bacillus subtilis）XWS-A制作细菌麸曲,通过Box-Behnken响应面设计优化制曲工艺,并对其产酶特性进行探讨。结果：制曲最佳工艺为控制接种量7.5%,培养温度46 ℃,含水量46%,该工艺条件下生物量达到了（4.5±0.3）×10¹¹ CFU/g;成品麸曲具有3种纤维素酶活性,最佳测定条件下内切β-葡聚糖酶活力为（2 510±70） U/g,外切β-葡聚糖酶的活力为（15±2） U/g,β-葡萄糖苷酶的活力为（30±3） U/g。结论：制作麸曲有利于产纤维素枯草芽孢杆菌XWS-A获得有效增殖、提高产酶量及维持酶活性。     

石榴查尔酮异构酶生物信息学分析

查尔酮异构酶（chalcone isomerase,CHI）是黄酮类化合物合成途径中的关键酶之一。为了进一步研究查尔酮异构酶的结构和功能,利用生物信息学方法对石榴查尔酮异构酶进行分析。结果表明,石榴查尔酮异构酶为亲水性蛋白,呈酸性,无跨膜区域,没有信号肽,亚细胞定位于线粒体,具有磷酸化位点,但不存在糖基化位点,氨基酸序列具有chalcone 3查尔酮超家族保守结构域;二级结构预测显示,α-螺旋和无规卷曲是其二级结构的主要构成部分;同源建模法构建其三级结构模型,结果表明该模型与二级结构预测结果相符合,模型质量评估结果较好。     

解淀粉芽孢杆菌YP6中碱性磷酸酯酶AP2的生物信息学分析及酶学性质

对解淀粉芽孢杆菌YP6基因组中编码碱性磷酸酯酶（AP2）的基因进行生物信息学分析、异源表达和酶学性质研究。结果表明,该基因长1 752 bp,编码583个氨基酸,通过氨基酸序列分析,预测AP2的分子量为66 kDa,等电点为8.62,是一种结构稳定、亲水性高且有信号肽的碱性蛋白;经保守结构域分析和多序列比对,发现AP2具有PhoD超家族,并且含有与其它PhoD酶相同或相似的金属离子结合位点。酶学性质测定结果显示,AP2的最适温度30℃,最适pH 5.5,属于一种新的PhoD酶;在金属离子变化过程中,Mn2+、Ba2+和Co2+始终对AP2有激活作用,Fe2+和Fe3+始终对AP2有抑制作用;不同浓度的EDTA-2Na、L-组氨酸、L-丝氨酸和L-半胱氨酸均能抑制AP2的活性;AP2对底物DPP和pNPP的kcat/Km值分别为1.1×105L/（mmol·s）和8.8×102L/（mmol·s）。     

3 种脂环酸芽孢杆菌分离培养基的性能评价

目的：比较3 个厂家的K培养基、酵母粉淀粉葡萄糖（yeast extract starch glucose medium,YSG）培养基和耐酸耐热芽孢菌（Alicyclobacillus）培养基（Bacillus acidoterrestris medium,BAT）对脂环酸芽孢杆菌的检测效果。方法：选用标准菌株、分离株及实际样品对3 个厂家（广东环凯微生物科技有限公司（简称HK,下同）、厂家Ⅰ和厂家Ⅱ）的K培养基、YSG培养基和BAT培养基进行生长菌落数及分离效果的评估。结果：酸土脂环酸芽孢杆菌标准株和脂环酸芽孢杆菌分离株4-2在K、YSG和BAT 3 种培养基上生长的菌落数（3 个厂家培养基上的菌落数平均数）均无显著性差异（P＞0.05）;酸热脂环酸芽孢杆菌标准株和脂环酸芽孢杆菌分离株5-3在K培养基上不生长,在YSG培养基和BAT培养基上生长良好,其菌落平均数统计学上无显著性差异（P＞0.05）;对实际样品中酸土脂环酸芽孢杆菌的分离,3 个厂家的同种培养基分离率和符合率相当;对实际样品中酸热脂环酸芽孢杆菌的分离,在YSG和BAT培养基上,HK和厂家Ⅱ的分离率和符合率相当,优于厂家Ⅰ。结论：K培养基不适合所有脂环芽孢杆菌,但分离酸土脂环酸芽孢杆菌效果很好,YSG培养基和BAT培养基适合所有脂环酸芽孢杆菌。HK和厂家Ⅱ的培养基优于厂家Ⅰ。     

窖泥中产纤维素酶菌株的筛选鉴定及产酶特性的研究

纤维素酶能够把纤维素降解成可发酵性糖,在许多工业领域有着广阔的应用价值。以窖泥为材料,采用传统平板法对产酶菌株进行筛选,获得一株产纤维素酶系齐全、活性强的菌株XWS-A,经16S rDNA分子生物学鉴定,结果表明该菌株为枯草芽孢杆菌。在液态条件下,对该菌株产酶特性进行研究发现,产内切β-葡聚糖酶最佳条件为温度35℃,培养基初始pH5.5,培养时间72 h;产外切β-葡聚糖酶最佳条件为温度35℃,培养基初始pH6.0,培养时间72 h;产β-葡萄糖苷酶最佳条件为温度40℃,培养基初始pH6.0,培养时间72 h。进一步对其酶学性质进行研究,结果表明:内切β-葡聚糖酶最适反应温度是50℃,最适反应pH为5.5;外切β-葡聚糖酶最适反应温度是50℃,最适反应pH为6.0;β-葡萄糖苷酶最适反应温度是50℃,最适反应pH为6.0。     

固定化地衣芽孢杆菌产弹性蛋白酶的研究

为提高弹性蛋白酶的发酵产能,构建地衣芽孢杆菌连续发酵产弹性蛋白酶的生产工艺,本研究采用单因素试验及响应面分析法对地衣芽孢杆菌凝胶包埋固定化的工艺进行探讨,并对固定化细胞的发酵产酶性能进行分析。结果表明,地衣芽孢杆菌的适宜固定化体系是聚乙烯醇（polyving akohol,PVA）、海藻酸钠（sodium alginate,SA）和CaCl2,质量分数分别为8.22%、2.27%和2.42%,固定化交联剂硼酸的质量分数为4%;固定化地衣芽孢杆菌发酵产弹性蛋白酶的活力可达到386 U/mL,是相同接种量的游离细胞发酵酶活力的87%;固定化的地衣芽孢杆菌凝胶球具有很好的稳定性,在摇瓶发酵的条件下可连续使用10 批次以上。以上结果表明,复合凝胶包埋制备的固定化地衣芽孢杆菌细胞可用于连续发酵产弹性蛋白酶的生产工艺。     

淀粉液化芽孢杆菌产β-葡聚糖酶培养基优化以及酶稳定剂的研究

采用正交试验方法,进行了淀粉液化芽孢杆菌发酵产β-葡聚糖酶培养基的优化。结果表明,采用玉米粉30g/L,大麦粉40g/L,豆饼粉30g/L,Na2HPO4.12H2O 6g/L,(NH4)2SO4 4g/L,CaCl2 0.8g/L,MgSO4.7H2O1g/L组成的培养基发酵,β-葡聚糖酶活力达到128.55U/mL,比优化前提高了22.48%。在β-葡聚糖酶溶液中添加大分子亲水型多糖黄原胶、动物蛋白明胶、甘油、氯化钠可明显提高β-葡聚糖酶的热稳定性。将添加甘油120g/L、黄原胶5g/L复合稳定剂的葡聚糖酶溶液60℃处理2h,酶液的残余酶活比未经处理的酶活提高了55.3%。     

茯苓多糖的酶解工艺及抑菌性研究

采用β-葡聚糖酶酶解茯苓多糖获得水溶性茯苓多糖,优化水溶性茯苓多糖的最佳酶解提取工艺,测定酶解产物抑菌效果。通过苯酚-硫酸法测定其含量,以水溶性茯苓多糖含量为评价指标,采用L9（34）正交试验设计,优化酶解工艺条件为酶解反应温度55 ℃,pH值5.5,时间150 min,酶用量9 000 U。在此条件下获得水溶性多糖含量达到9.20%。牛津杯法测定其抑菌活性,结果表明,酶解产物对金黄色葡萄球菌和大肠杆菌产生较好的抑菌作用,抑菌圈直径分别为14.67 mm、8.89 mm,对枯草芽孢杆菌未见产生明显抑菌圈,为茯苓水溶性多糖深度开发提供前期研究数据。     

干酪乳杆菌细菌素的抗菌机制分析

目的：分析和预测干酪乳杆菌细菌素基因及其编码蛋白的分子结构和理化性质,明确细菌素的抗菌机制。方法：利用生物信息学软件进行细菌素编码蛋白的结构预测和功能分析,采用氨基酸定点突变技术对预测的氨基酸位点进行点突变,检测突变体的抗菌活性。结果：干酪乳杆菌细菌素（LacA和LacB）属于热稳定、分泌信号肽的跨膜蛋白,LacA蛋白存在典型的抗菌结构域GxxxG,构建LacA蛋白中第40位V和第57位I的突变载体,两个位点中任何一个发生突变都明显影响细菌素的抗菌活性。结论：推测V40和I57是干酪乳杆菌细菌素发挥抑菌活性的关键氨基酸位点,为今后探索干酪乳杆菌细菌素（class IIb）抗菌机制提供理论依据。     

制麦和糖化过程中不同β-葡聚糖水解酶的相关性

原料大麦中大量存在β-葡萄糖苷酶和少许的内切-β1-4-葡聚糖酶。这两种酶及内切一β1-3,1-4-葡聚糖酶、内切-β1-3-葡聚糖酶和外切-β1-3-葡聚糖酶在浸麦和发芽过程q-活力均会增加。外切-β1-3-葡聚糖酶由于在发芽阶段才产生,可以与其他酶区分开,它不会造成基质溶解,可能为麦芽中的一种限制性酶。麦芽中有三种外切-葡聚糖酶且都可以降解β1-3糖苷键。内切β-1-3,1-4-葡聚糖酶的降解产物为非还原性末端（从这个末端外切酶接触到底物基质）有B1-4糖苷键的寡糖,这可能也是为什么麦汁中有大量寡糖存在的另一个原因（首先是降解酶产生得较晚）。第三个影响因素可能是外切葡聚糖酶对诸如钾、钠、镁等金属离子较敏感。     

辣椒炭疽病菌拮抗内生菌培养条件优化

以辣椒炭疽病菌为指示菌,通过单因素试验优化内生枯草芽孢杆菌P5的发酵条件,并应用响应面法的Box-Behnken试验优化其发酵培养基组成成分。优化试验结果:拮抗内生菌P5的最佳生长代谢条件为初始p H7.0、温度28℃、装液量110 m L/250 m L、接种量3%、培养时间48 h、转速180 r/min;最适发酵培养基组分为葡萄糖20 g/L、酵母膏9 g/L、CaCl_2 4 g/L。优化后拮抗菌株P5发酵滤液对辣椒炭疽病菌抑制率由22.65%提高至38.55%。     

巨大芽孢杆菌L2发酵产物对魔芋软腐病菌的抑菌机制

目的：探究巨大芽孢杆菌（Bacillus megaterium）L2发酵产物对贮藏期魔芋软腐病菌——胡萝卜软腐欧文氏菌（Erwinia carotovora subsp. carotovora）EC-1的抑菌机制。方法：以巨大芽孢杆菌菌粉为原料提取发酵产物,用常压硅胶柱层析分离得到发酵产物流分LE4-1～LE4-7,经抑菌实验筛选得到对胡萝卜软腐欧文氏菌EC-1有良好抑菌作用的流分,再使用气相色谱-质谱（gas chromatography-mass spectrometry,GC-MS）法对其进行成分分析;并通过测定其半数抑制质量浓度（half maximal inhibitory concentration,IC50）、菌液电导率、核酸蛋白泄漏、可溶性总糖质量浓度、菌体总蛋白、菌体磷代谢及胞内活性氧水平对其抑菌机制进行研究。结果：巨大芽孢杆菌L2流分LE4-3对胡萝卜软腐欧文氏菌EC-1有良好抑菌作用,经GC-MS检测其主要成分为苯乙酸乙酯（32.190%（相对含量,后同））、亚油酸乙酯（15.819%）、苯乙酸甲酯（13.793%）等;LE4-3对胡萝卜软腐欧文氏菌EC-1的IC50为（1.06±0.01）mg/mL,并初步推测其作用机制是通过影响细胞膜完整性、损伤细胞结构、抑制细胞蛋白质合成及能量代谢等对胡萝卜软腐欧文氏菌EC-1发挥抑菌作用,因此巨大芽孢杆菌L2流分LE4-3在魔芋抗软腐病贮藏中具有良好的应用前景。     

耐热解淀粉芽孢杆菌BA-DES4产纤维素酶的分离纯化及酶学性质

目的：本研究以一株产纤维素酶的解淀粉芽孢杆菌BA-DES4为材料,纯化并研究了其纤维素酶的酶学性质。方法：研究采用硫酸铵分级沉淀及SephadexG-75凝胶过滤层析方式对其所产纤维素酶进行分离纯化,通过聚丙烯酰胺凝胶电泳（SDS-PAGE）确定其分子量,并对纯化后纤维素酶的酶液进行酶学性质研究。结果表明：发酵液中分离纯化获得纤维素酶系组分（内切葡聚糖酶）,对纯化的电泳内切葡聚糖酶进行酶活测定,其比活力为51.08 U/mg。发现其分子量为22.4 kDa;初步酶学性质研究表明：该酶的最适反应温度和最适pH分别为65℃和6.0,且在pH5.0～7.0和温度55～65℃下稳定性较高;Mn2+对纤维素酶活力激活作用较为显著,Cu2+的抑制作用最大。结论：该菌株可作为产内切葡聚糖酶的潜在菌株,内切葡聚糖酶可在Mn2+、Fe2+的作用下促进酶活力,同时在高温及酸性环境中发挥作用,能够参与高效降解高温酸性环境中的纤维素,提高生产率,同时将分解成的葡萄糖供发酵使用,具有应用高温大曲发酵酒生产的潜力,为该酶的进一步研究奠定了基础。