ptsG/mglB双基因敲除对大肠杆菌发酵混合糖产L-乳酸的影响

为增强大肠杆菌（Escherichia coli）JH16利用混合糖产L-乳酸的能力,通过Red同源重组技术敲除葡萄糖转运酶基因ptsG和半乳糖转运基因mglB,构建重组菌E. coli JH2705。结果表明,以8%混合糖（5.6%葡萄糖和2.4%木糖）为碳源,ptsG/mglB双基因缺陷重组菌E. coli JH2705同时可利用葡萄糖和木糖,大幅减小葡萄糖效应带来的不利影响,其木糖利用速率为0.60 g/（L·h）,L-乳酸生产强度为1.27 g/（L·h）,较出发菌株E. coli JH16分别提高50%和79.1%,E. coli JH2705的糖酸转化率高达70%,为利用木质纤维素等可再生原料高效生产L-乳酸提供技术参考。     

高产L-丙氨酸大肠杆菌细胞工厂的构建与发酵优化

L-丙氨酸作为最小的手性化合物之一,被广泛应用于食品、医药和日化领域。目前,微生物法生产L-丙氨酸存在发酵周期长,生产强度低等问题。为此,通过强化前体供给、启动子工程和转运工程等代谢工程策略,构建高产L-丙氨酸的大肠杆菌细胞工厂。进一步通过生化工程策略优化L-丙氨酸生产工艺,提高L-丙氨酸大肠杆菌细胞工厂的生产性能。结果:过表达gapA (3-磷酸甘油醛脱氢酶基因)强化前体丙酮酸供给,使L-丙氨酸产量和转化率分别提高了5.1%和15.6%。启动子工程优化gapA表达,使L-丙氨酸产量和转化率进一步提高到18.3 g/L和0.55 g/g。过表达L-丙氨酸外运蛋白(AlaE),增加L-丙氨酸转运,使L-丙氨酸产量提高到20.4 g/L。生化工程策略优化培养基组分,得到最佳碳源为葡萄糖40 g/L,最佳氮源为(NH4)2SO4 25 g/L。最佳发酵条件为:接种量15%,10 h转厌氧发酵和变速补料发酵。5 L发酵罐发酵36 h,大肠杆菌菌株W-135 L-丙氨酸产量为127.2 g/L,转化率为0.83 g/g,生产强度为3.53 g/L/h,比优化前分别提高了64.3%,50.9%和64.2%。本研究利用系统代谢工程和生化工程策略,构建了发酵周期短和发酵工艺简单的L-丙氨酸高产菌株,为L-丙氨酸的工业化生产提供了理论基础。     

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。     

大肠杆菌tdcD基因缺失株的构建及其用于耐高糖L-色氨酸发酵的研究

发酵过程中产生的过量乙酸会严重影响色氨酸发酵的效率,通常采用严格控制发酵液中葡萄糖浓度来减少发酵过程中乙酸的积累。通过敲除乙酸代谢途径中具有乙酸激酶活性的丙酸激酶编码基因(tdcD)控制乙酸溢流,并分别研究在"微糖"及"高糖"控制条件下乙酸含量的变化及其对发酵的影响。结果显示,在"高糖"控制条件下tdcD缺失菌株在对数生长后期保持较高的生长速率和产酸效率,色氨酸产量最高为48.85 g/L,比对照菌提高了54.88%;而产生的乙酸为2.79 g/L,比对照菌降低了64.72%。tdc D缺失菌可以适应更灵活的残糖控制范围。     

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。     

酶法产L-丙氨酰-L-谷氨酰胺重组大肠杆菌pepD/pepN基因的敲除及其发酵优化

L-丙氨酰-L-谷氨酰胺(L-alanyl-L-glutamine,L-Ala-L-Gln),是目前国内外公认的L-谷氨酰胺载体,在临床医学和营养学等领域有广泛应用。为了减少丙谷二肽在生物酶法生产过程中菌体对其降解,利用λRed同源重组系统,敲除大肠杆菌中肽酶D和氨肽酶对应的编码基因。与野生型菌株相比,双敲除突变菌株的全细胞酶活提高了0.29倍。对该菌株进行摇瓶发酵优化,得到最优培养基为(g/L):葡萄糖12、酵母提取物10、胰蛋白胨10、(NH_4)_2SO_4 1、KH_2PO_4 3、K_2HPO_4 1、MgSO_4 0.2;最优发酵温度为27℃;最佳反应条件为:Gln 200 mmol/L、Ala-Ome·HCl 200 mmol/L,反应p H 8.5,反应温度25℃。在最优条件下发酵36 h,丙谷二肽产量达到了14.51g/L反应液,是优化前的4.74倍。     

谷氨酸棒杆菌产L-色氨酸重组菌株的构建

在芳香族氨基酸合成途径中,由分支酸产生两个分支:一方面,在邻氨基苯甲酸异构酶(ANS)、邻氨基苯甲酸磷酸核糖转移酶(PRT)和色氨酸合成酶(TS)的催化下合成色氨酸;另一方面,分支酸在分支酸变位酶(CM)的催化下生成预苯酸(PPA),由预苯酸又产生两个分支,最后生成酪氨酸或苯丙氨酸。在该途径中,3-脱氧-D-阿拉伯庚酮糖酸-7磷酸合成酶(DS)是关键酶。以谷氨酸棒杆菌SPT9(Phe-、Tyr-、4-FPr、6-FTr)为出发菌株,通过同源重组敲除分支酸变位酶基因csm获得菌株SPT9?csm。将编码DS、ANS和PRT、TS的基因aroⅡ、trpEGD及ts在SPT9?csm中分别过量表达和串联过量表达,获得一系列重组菌:SPT9?csm-XK99E-aroⅡ-trpEGD、SPT9?csm-XK99E-ts、SPT9?csm-XK99E-cspB-ts、SPT9?csm-mob2-ts和SPT9?csm-mob2-ts-aroⅡ-trpEGD。这五株菌摇瓶发酵72 h后,色氨酸产量相对于出发菌株SPT9分别提高了21.4%、57.1%、100%、121.4%和178.6%。通过实时荧光定量PCR检测表明,ts、aroⅡ和trpEGD基因在重组菌SPT9?csm-mob2-ts-aroⅡ-trpEGD中的表达量是它们在菌株SPT9中的9.2倍、13.0倍以及10.6倍。     

大肠杆菌胞内L-丙氨酸响应型启动子的筛选与表征

该研究通过对L-丙氨酸压力下大肠杆菌的转录组进行分析，利用mKate荧光蛋白进行表征，筛选响应L-丙氨酸的启动子元件。转录组筛选了ArgK、FlgG、GlgP、CpxP、BetA、GlpA、KdpB、PulG、LivH和YhfX十个在L-丙氨酸压力下转录水平显著提高的基因，并将基因前500 bp潜在的启动子片段与荧光报告蛋白基因m Kate融合，筛选得到特异性响应L-丙氨酸浓度的启动子P_Ala-7。结果表明，P_Ala-7启动子在10 g/L、20 g/L、30 g/L、40 g/L、50 g/L和60 g/L L-丙氨酸诱导后的相对荧光强度分别增加了49%、122%、181%、275%、432%和705%，表明P_Ala-7启动子在L-丙氨酸质量浓度0～60 g/L范围内有着良好的灵敏性。选择11种常见氨基酸诱导P_Ala-7启动子表达，只有L-丙氨酸在诱导质量浓度从10 g/L增加到20 g/L时，相对荧光强度增加了52.4%，表明P_Ala-7启动子是特异性响应L-丙氨酸的启动子...     

高效合成L-高丝氨酸大肠杆菌基因工程菌株的构建

针对现有L-高丝氨酸生产菌株因营养缺陷需在发酵过程中添加L-苏氨酸等物质的问题,以大肠杆菌为底盘细胞,构建1株非营养缺陷型L-高丝氨酸高产菌株.首先通过下调thrB和thrC的转录弱化L-高丝氨酸的降解途径;并过表达thrA、ppc和pntAB以强化L-高丝氨酸合成代谢流、提高前体物以及辅酶供应;在此基础上过表达rht...     

L-2-氨基丁酸大肠杆菌生产菌株的构建

L-2-氨基丁酸作为新型药物的关键手性前体,在化工和制药行业应用广泛。该文以1株生产L-苏氨酸的大肠杆菌(Escherichia coli) THRD为出发菌株,逐步延伸代谢途径,构建了L-2-氨基丁酸高产菌株。首先,分别把苏氨酸脱水酶编码基因ilv A2和ilv A4在THRD中过表达,菌株THRD/p Trc99a-ilv A2在5 L发酵罐中分批补料发酵,2-酮基丁酸积累量达到18 g/L。然后,分别与ilv A2串联表达酪氨酸转氨酶、谷氨酸脱氢酶和亮氨酸脱氢酶编码基因tyr B、gdh和bcdBS,将L-2-酮基丁酸转化为L-2-氨基丁酸,菌株THRD/p Trc99a-bcdBS-ilv A2的L-2-氨基丁酸产量达到19 g/L。最后,研究了阻断L-苏氨酸输出途径对发酵的影响,菌株THRDΔrht C/p Trc99a-bcdBS-ilv A2的L-2-氨基丁酸产量提升至22 g/L。因此,通过代谢途径延伸可以有效地将L-苏氨酸生产菌株转变为L-2-氨基丁酸生产菌株。该研究为L-2-氨基丁酸高产菌株的构建奠定了基础,且对其他延伸代谢途径获得新产品的代谢工程研究提供了参考。     

敲除ptsG基因及共表达透明颤菌血红蛋白提高大肠杆菌SHMT产量

利用Red同源重组技术敲除大肠杆菌BL21(DE3)的ptsG基因,得到ptsG基因缺失菌株BL21(DE3)ΔptsG。构建重组质粒,得到表达大肠杆菌丝氨酸羟甲基转移酶(serine hydroxymethyltransferase,SHMT)工程菌株BL21(DE3)/pET-glyA、BL21(DE3)ΔptsG/pET-glyA,及共表达SHMT和透明颤菌血红蛋白(Vitreoscilla hemoglobin,VHb)工程菌株BL21(DE3)ΔptsG/pET-SV。在LB培养基中,BL21(DE3)ΔptsG/pET-glyA菌株与BL21(DE3)/pET-glyA菌株生长情况没有明显差异,BL21(DE3)ΔptsG/pET-SV菌株稳定期的OD 600 nm值比BL21(DE3)ΔptsG/pET-glyA菌株提高了21.3%,在LBG培养基中,稳定期BL21(DE3)ΔptsG/pET-glyA菌株OD600 nm值比BL21(DE3)/pET-glyA菌株提高了19.4%,BL21(DE3)ΔptsG/pET-SV菌株OD600 nm值比BL21(DE3)ΔptsG/pET-glyA菌株提高了21.5%。在LBG培养基中,经过异丙基-β-D-硫代半乳糖苷诱导,与对照菌株BL21(DE3)/pET-28a相比较,两种单表达工程菌株产SHMT活力分别是其6.4倍和7.7倍,共表达工程菌株产SHMT活力是其9.6倍。实验结果表明,敲除ptsG基因能够增加大肠杆菌在含葡萄糖培养基中的生长量及SHMT表达量,共表达VHb能进一步提高菌株生长量和SHMT产量。     

高产琥珀酸重组大肠杆菌的构建及厌氧发酵

以野生型大肠杆菌Escherichia coli W为出发菌株,利用Red同源重组系统分别敲除了乳酸脱氢酶基因(ldhA)、乙醇脱氢酶基因(adhE)、丙酮酸甲酸裂解酶基因(pflB)、丙酮酸氧化酶基因(poxB)和乙酸激酶基因(ackA),再通过无氧生长进化筛选过程,构建得到在厌氧条件下能有效生长,并以琥珀酸为主要发酵产物的重组大肠杆菌WS100(△ldhA,△adhE,△pflB,△poxB,△ackA)。利用15 L发酵罐进行厌氧发酵测定显示,经72 h发酵,菌体密度OD600最大值可提高至6.48,琥珀酸产量达到70.13 g/L,琥珀酸的生产强度为0.98 g/(L.h),葡萄糖-琥珀酸转化率为76%。发酵液中副产物含量低,乙酸含量为5.34 g/L,乳酸产量仅为0.15 g/L,未检测到甲酸和乙醇生成。结果表明,厌氧条件下,该工程菌可有效利用低营养成分的无机盐培养基,在不表达任何外源基因的条件下可稳定高产琥珀酸,具有极大的工业化开发前景。     

重组大肠杆菌利用不同培养基发酵产琥珀酸的研究

微生物发酵法生产琥珀酸具有广阔的应用前景,实验针对实验室构建的工程菌Escherichia coli WS100（△ldhA、△adhE、△pflB、△poxB、△ackA）在不同培养基中进行厌氧发酵,考察其发酵特性。分别采用NBS培养基和玉米浆培养基,在含4L发酵液的发酵罐中进行补料-分批发酵。发酵83h后,Escherichia coli WS100在玉米浆培养基中消耗葡萄糖96.17g/L,积累琥珀酸63.45g/L,生产强度和质量收率分别为0.76g（/L·h）和65.98%;Escherichia coli WS100在NBS培养基中消耗葡萄糖110.30g/L,琥珀酸的产量达到84.98g/L,生产强度和质量收率分别为1.02g（/L·h）和77.04%。实验结果表明,Escherichia coli WS100在玉米浆培养基和NBS培养基中发酵均有较高的琥珀酸产量,其中在NBS培养基中琥珀酸的产量、生产强度和质量收率均比在玉米浆培养基中高。      

大肠杆菌高密度发酵产木聚糖酶发酵条件优化

该试验对木聚糖酶工业大生产条件下的接种量、pH值、培养温度、溶氧、诱导时间、比生长速率进行了单因素优化试验。在此单因素试验基础上,选取对酶活影响较大的比生长速率、溶氧和pH 3个因素进行了正交试验优化。结果表明,优化后的发酵条件为接种量10%,发酵过程中溶氧值30%,生长期控制pH值为7.0,生长期培养温度37 ℃,生长期比生长速率为0.12 h-1,诱导期pH值为6.8,诱导期培养温度为35 ℃,诱导期比生长速率为0.14 h-1,在对数生长中期（OD600 nm=30）时流加诱导培养基。优化后,放罐木聚糖酶活力最高可达149 000 IU/mL。该研究提升了大生产条件下的木聚糖酶活力,为木聚糖酶的工业化生产提供了指导。     

glmU基因单功能敲除对大肠杆菌生产氨基葡萄糖的影响

大肠杆菌中的glmU是葡糖胺-1-磷酸尿苷酰转移酶/葡糖胺-1-磷酸乙酰转移酶双功能基因。 同源单交换方法敲除大肠杆菌 中葡糖胺-1-磷酸乙酰转移酶单结构域基因glmU, 即利用重叠PCR将葡糖胺-1-磷酸尿苷酰转移酶结构域内603 bp序列与抗性基因 ampR连接,经过末端单酶切（HindⅢ）后电转化至大肠杆菌（E. coli）BL21感受态细胞中,经同源臂单交换,将抗性基因ampR整合至 glmU基因内部,实现该结构域功能失活的同时,保留葡糖胺-1-磷酸尿苷酰转移酶功能域活性。 通过发酵实验分析glmU单结构域缺 失在大肠杆菌中对氨基葡萄糖生产的影响。 结果表明,发酵20 h后重组菌的氨基葡萄糖产量为1 049.6 mg/L,为原始菌E. coli BL21氨 基葡萄糖产量103.34 mg/L的10.2倍。 表明glmU是影响大肠杆菌产生氨基葡萄糖的关键基因,敲除glmU基因可增加氨基葡萄糖积累。     

产L-肉碱的大肠杆菌基因工程改造及生物转化

L-肉碱在脂肪代谢中起重要的作用,本文构建了T7启动子控制下的过表达质粒p ET28a-cai BCD和p ACYCD-cai F-cai T,并将其转入大肠杆菌BL21（DE3）（简写DE3）中,得到基因工程菌BL21（DE3）/cai BCD+cai F+cai T（简写DE3/BCD+F+T）。将此菌株接种到生长培养基中,并用终浓度为1 mmol/L的IPTG（异丙基硫代半乳糖苷）诱导培养,然后收集菌体细胞加入到含有巴豆甜菜碱盐酸盐的转化液中进行转化。结果显示,IPTG诱导4 h比诱导10 h后转化得到的L-肉碱量要高,转入了过表达质粒的工程菌DE3/BCD+F+T（7.244 g/L）比野生型DE3（0.5 g/L）提高了15倍。该巴豆甜菜碱盐酸盐转化生成L-肉碱的反应在2 h后基本达到稳定。