定向突变谷氨酸脱羧酶及其生物合成γ-氨基丁酸的研究

γ-氨基丁酸(GABA)是一种天然存在的非蛋白质氨基酸,它由谷氨酸脱羧酶催化谷氨酸脱羧生成,作为抑制性神经递质具有广泛的应用。天然的谷氨酸脱羧酶只在酸性环境时有活性,这与菌体的生长环境不一致,不利于一步发酵法生产GABA。针对该问题,对来自大肠杆菌AS1.505的谷氨酸脱羧酶(Gad B)进行定向突变,构建了3个表达载体p ET28a(+)-Gad B、p ET28a(+)-Gad Bm1和p ET28a(+)-Gad Bm2,研究了3株重组菌生物转化谷氨酸合成GABA的情况。结果显示,在中性缓冲液中转化72 h,DE3(p ET28a(+)-Gad Bm1)和DE3(p ET28a(+)-Gad Bm2)转化合成GABA分别是对照菌DE3(p ET28a(+)-Gad B)的3.2和4.6倍。在M9培养基中培养72 h,DE3(p ET28a(+)-Gad Bm1)和DE3(p ET28a(+)-Gad Bm2)分别合成4.32 g/L和4.65 g/L GABA,比对照菌分别提高了1.17和1.34倍。实验结果证明,定向突变的Gad B能在中性p H条件下有效催化谷氨酸脱羧合成GABA。     

Bacillus subtilis 168菌株产surfactin改造

枯草芽孢杆菌(Bacillus subtilis)168菌株基因组中含有编码surfactin合成酶系的srfA操纵子,却不产抗菌肽surfactin。运用同源重组的方法将外源的有活性的sfp基因(编码4'-磷酸泛酰巯基乙胺基转移酶)整合入B.subtilis 168中,将其改造为产surfactin的菌株。通过分析多株枯草芽孢杆菌和解淀粉液化芽孢杆菌(Bacillus amyloliquefaciens)的sfp基因,从基因的上、下游找出较为保守的区域,设计引物,从枯草芽孢杆菌Nja-9中扩增sfp基因,将获得的sfp基因与P43启动子和终止子相连,构建了sfp基因表达框,并连接于枯草整合质粒pDG1730上,最终构建了枯草芽孢杆菌整合质粒pST-1730,利用pST-1730本身的淀粉酶E基因与B.subtilis 168菌株的基因组DNA进行同源重组整合,获得了产surfactin的重组菌株B.subtilis121。本研究为surfactin合成酶基因的改造和分析奠定了基础。     

枯草芽孢杆菌rocG基因插入失活突变株的构建

枯草芽孢杆菌中有2个编码谷氨酸脱氢酶(GDH)的基因:rocG基因和gudB基因。其中Bacillus subtilis 168菌株的rocG基因编码有活性的GDH,而gudB基因编码没有活性的GDH。敲除168菌株的rocG基因后,gudB基因会自发突变为gudB1基因,后者编码有活性的GDH(gudB1-GDH)。为了研究gudB1-GDH在代谢中的作用及调控机制,构建了pMUTin4-rocG插入突变重组质粒,将其转化至B.subtilis 168,成功获得了1株rocG失活突变株BS-△rocG。对BS-△rocG和野生株的生长情况及GDH酶活进行了比较,发现BS-△rocG生长情况和野生株相当,但其GDH酶活为4.641U/mg蛋白,高于野生株的3.042U/mg蛋白。由此推测BS-△rocG中,gudB可能自发突变为gudB1,从而能够编码有活性的GDH,这一结果为研究枯草芽孢杆菌gudB1-GDH在代谢中的作用及调控机制奠定了基础。     

野生型枯草芽孢杆菌N4的spizizen转化法优化

采用经典Spizizen方法将已构建的大片段重组质粒p HT01-nit(nit为腈水解酶基因)转化野生型枯草芽孢杆菌Bacillus subtilis N4,无法获得转化子。研究对Spizizen方法进行改进,分别在感受态制备及转化过程中加入有机溶剂及溶菌酶,并对有机溶剂种类、浓度,溶菌酶浓度,质粒与感受态共培养时间进行优化,提高转化效率,构建Bacillus subtilis N4-p HT01-nit。经IPTG诱导,通过SDS-聚丙烯酰胺凝胶电泳(Polyacryamide gel electrophoresis,PAGE)验证nit在野生型枯草芽孢杆菌Bacillus subtilis N4中的表达。结果表明,最优条件为在感受态制备过程中添加4%的Tween-80,转化过程中添加5μg·m L-1溶菌酶,感受态与质粒共培养时间为1 h,条件优化后可得到37个转化子·μg-1DNA。在SDS-PAGE上可以看到与腈水解酶分子质量一致的蛋白条带。说明该优化后的方法效果明显,适合于大片段重组质粒转化野生型枯草芽孢杆菌。     

枯草芽孢杆菌高效表达系统的构建

【目的】优化枯草芽孢杆菌(Bacillus subtilis)启动子和表达宿主,构建其高效的表达系统,为重组枯草芽孢杆菌的研究和应用奠定基础。【方法】以β-半乳糖苷酶编码基因为报告基因,以诱导型的枯草芽孢杆菌麦芽糖操纵元启动子为调控元件、大肠杆菌-枯草芽孢杆菌穿梭质粒为载体骨架,构建枯草芽孢杆菌高效表达载体pGJ222,将其电转化到B.subtilis 1A747菌株后进行诱导表达试验和葡萄糖抑制试验。利用同源重组的方法,用枯草芽孢杆菌组成型启动子P43替换了B.subtilis野生型菌株1A747麦芽糖操纵元的上游调控序列,得到优化重组表达宿主菌B.subtilis BCYL,将pGJ222转入B.subtilis BCYL后,对优化的表达系统进行诱导表达试验和葡萄糖抑制试验。分别用PCR扩增大肠杆菌和枯草芽孢杆菌维生素B12合成前期途径的谷氨酰-tRNA合成酶编码基因hemA,构建其表达载体,并将其转化B.subtilis BCYL中进行诱导表达检测。【结果】成功构建了枯草芽孢杆菌高效表达载体pGJ222,并实现了β-半乳糖苷酶的高效表达,其表达量占总可溶性蛋白的18%;质量分数5%的麦芽糖诱导24hβ-半乳糖苷酶活达到16U/mL。成功获得了优化重组表达宿主菌B.subtilis BCYL,其可使β-半乳糖苷酶活性有大幅度提高,在质量分数5%麦芽糖诱导24hβ-半乳糖苷酶活达到21U/mL,葡萄糖的抑制作用明显减弱。【结论】通过对启动子和表达宿主的优化,获得了枯草芽孢杆菌高效表达系统,为枯草芽孢杆菌基因工程研究提供了有力工具。     

酿酒酵母DL28转化产γ-氨基丁酸主要影响因子的筛选

[目的]筛选出对酿酒酵母重组菌转化产生γ-氨基丁酸(GABA)具有影响的主要因素。[方法]利用Plackett-Burman试验设计对谷氨酸脱羧酶基因(GAD 1)高效表达重组菌Saccharomyces cerevisiae DL28转化产GABA的主要影响因子,如菌体浓度、底物浓度、转化温度、转速、转化时间及起始pH等进行研究,筛选出主要影响因素。[结果]试验表明,菌体浓度(P=0.012 3)、转化时间(P=0.047 5)及起始pH(P=0.001 9)对转化产生GABA具有显著影响。[结论]研究可为进一步优化菌株DL28产GABA转化条件提供理论依据与实践基础。     

产GABA发酵乳杆菌的筛选、发酵条件优化 及其谷氨酸脱羧酶基因的克隆

从酸菜汁中分离到一株具有谷氨酸脱羧酶活力的乳酸菌YS2,经过16S rDNA 序列分析鉴定为发酵乳 杆菌(Lactobacillus fermentum）。YS2 在含1% L-谷氨酸钠的MRS 培养基中,GABA 的产量达到4.37 g/L。对YS2 产 GABA 的碳源、氮源、初始pH 进行了初步优化,确定最佳条件为院以蔗糖为主要碳源,以蛋白胨和牛肉膏为氮源,初 始pH 6.0,在此条件下,GABA 产量达到5.68 g/L。通过PCR 顺利地扩增出了YS2 菌株的谷氨酸脱羧酶gadB 基因,将 PCR 产物与表达载体pEASY-E1 连接。测序结果表明,YS2 的谷氨酸脱羧酶与Lactobacillus fermentum F-6 的谷氨酸 脱羧酶序列一致性达到99%。重组酶与组氨酸标签融合表达,经镍柱亲和层析纯化出融合蛋白,电泳显示出56 kDa 的目的条带,纯化的重组酶表现出了酶活性(1.06 U/mg）。     

苏云金芽孢杆菌几丁质酶基因chiA在枯草芽孢杆菌中的分泌表达

[目的]研究来源于苏云金芽孢杆菌的几丁质酶基因chiA在枯草芽孢杆菌中的表达情况。[方法]以苏云金芽孢杆菌染色体DNA为模板,PCR扩增获取几丁质酶基因chiA,将其与枯草芽孢杆菌表达载体pHSG连接,构建重组菌,经IPTG诱导后,检测培养液中的几丁质酶活性。[结果]扩增得到几丁质酶基因chiA大小为2.5 kb。构建的重组菌对底物[4-MU-(GlcNAc)3]显示出一定的水解活性,培养液酶活约为2.8 U/ml,而pHSG空质粒转化子在同样条件下其培养液没有明显酶活。该重组酶的最适pH值为6.5,最适反应温度为50℃,与苏云金芽孢杆菌自身产生的几丁质酶性质一致。[结论]几丁质酶基因chiA能在枯草芽孢杆菌中成功表达,表达产物可成功分泌到细胞外。     

枯草芽孢杆菌3610 ClpQY基因缺失突变株的构建及其功能

为了验证枯草芽孢杆菌(Bacillus subtilis)中Clp QY基因的功能,以枯草芽孢杆菌基因组为模板,PCR扩增出Clp QY基因上下游同源序列840 bp和983 bp的片段,并与自杀质粒p MAD载体连接,构建重组质粒p MADup-down,运用化学转化法通过枯草芽孢杆菌菌株PY79,采用LOOP IN和LOOP OUT的方法,获得不带抗性,且Clp QY完全敲除的枯草芽孢杆菌3610菌株。产孢试验表明,该基因在芽孢生成中为非必需基因,而在生物膜的形成过程中具有调节作用。高温生长试验显示,该基因对细胞逆境条件下的生长存在一定的调控功能。     

枯草芽孢杆菌分泌载体构建及其对脂肪酶A的分泌表达

[目的]构建含不同信号肽编码序列的枯草芽孢杆菌分泌表达载体,并研究这些载体对脂肪酶A的分泌表达效率。[方法]克隆得到枯草芽孢杆菌168株的脂肪酶A编码基因,同时扩增得到蛋白质NprE、Bpr、YweA的信号肽编码序列,构建了脂肪酶A分泌表达载体pMA5-estA、pMA5-nprE-estA、pMA5-bpr-estA和pMA5-yweA-estA,并转化到枯草芽孢杆菌168株中得到相应的重组分泌表达菌株。[结果]对4株重组表达菌株进行摇瓶培养,所有菌株都实现了脂肪酶A的分泌,20 h后,168（pMA5-bpr-estA）的细胞外脂肪酶A的酶活力达到1.68 U/ml,约占该菌株脂肪酶A总表达量的86%。[结论]枯草芽孢杆菌Bpr信号肽对脂肪酶A具有较高的分泌效率。     

谷氨酸废水培养枯草芽孢杆菌产絮凝剂及固定化吸附Cr（Ⅵ）研究

[目的]探索枯草芽孢杆菌产絮凝剂吸附Cr（Ⅵ）的效果。[方法]研究了葡萄糖、谷氨酸浓缩液、KH2PO4、pH和温度对枯草芽孢杆菌产絮凝剂的影响。利用红外光谱分析絮凝剂的组成,同时研究了利用固定法吸附Cr（Ⅵ）的效果。[结果]通过正交试验,确定了优化培养条件为葡萄糖添加量20 g/L、谷氨酸浓缩液30 ml/L、KH2PO42.0 g/L、pH值7、温度32℃。红外光谱分析结果显示,絮凝剂主要由γ-PGA和多糖组成。固定后的絮凝剂最大Cr（Ⅵ）吸附容量为4.2 mg/g,最佳Cr（Ⅵ）吸附pH值为4。[结论]利用谷氨酸废水培养枯草芽孢杆菌可以产出有效吸附（Cr（Ⅵ））的絮凝剂。     

表达PEDV-S1蛋白的重组枯草芽孢杆菌构建及鉴定

猪流行性腹泻病毒(PEDV)可引起新生仔猪严重腹泻和死亡,给养猪业造成巨大经济损失。根据枯草芽孢杆菌(Bacillus subtilis)调节动物胃肠道菌群平衡的功能和结构特征,选择其作为PEDV S1蛋白表达的宿主菌,构建重组基因工程枯草芽孢杆菌。实验将重组质粒p LA-PEDV-S1电转至枯草芽孢杆菌,提取枯草芽孢杆菌的重组质粒,采用PCR、Western blot和免疫荧光方法鉴定阳性质粒DNA。获得了重组pLA-PEDV-S1/B.Subtilis,S1蛋白成功展示表达在菌体表面,重组PEDV S1蛋白能够和猪源PEDV阳性血清结合,具有反应原性。该重组菌可能成为预防PEDV感染的口服疫苗候选菌株。     

谷氨酸棒状杆菌gdh基因在黄色短杆菌C-11中的克隆及表达

[目的]研究谷氨酸脱氢酶的表达对L-丝氨酸产率及发酵效率的影响.[方法]从谷氨酸棒杆菌模式菌株C.glutamicum ATCC39135中克隆出gdh基因,以大肠杆菌-黄色短杆菌穿梭表达载体pEC7为基础,构建重组质粒pEC7G,并转化黄色短杆菌B.flavum C -11,获得重组菌株C-11G.[结果]重组菌株C-11G的GDH酶活力提高32.7;,产酸率为15.28 g/L,比原宿主菌提高了33.80;.[结论]成功构建重组菌株C-11G,所克隆的gdh基因有较高表达活性,并对L-丝氨酸产量的提高有促进作用.     

谷氨酸脱羧酶和谷氨酸脱氢酶基因的串联表达及其对GABA产量影响

为构建一株无外源L-谷氨酸(L-Glu)条件下可直接转化葡萄糖生产γ-氨基丁酸(GABA)的安全基因工程菌,将植物乳杆菌GABA合成途径的关键酶——谷氨酸脱羧酶基因gadB与L-Glu合成途径中的关键酶谷氨酸脱氢酶基因gdh进行串联表达,导入产谷氨酸菌株谷氨酸棒杆菌SF016中,检测其对L-Glu及GABA产量的影响。经摇瓶发酵40h重组菌SF016-pgg谷氨酸脱羧酶的酶活达0.63mol·min~(-1)·g~(-1),而谷氨酸脱氢酶的酶活达0.131mol·min~(-1)·g~(-1),比原始菌株提高了约2.0倍。重组菌SF016-pgg以葡萄糖为碳源,通过40h发酵罐发酵可积累产生23.12g·L~(-1)的GABA,说明串联表达gadB和gdh基因有效实现重组菌在以葡萄糖为单一碳源、无外源L-Glu存在的培养基中直接发酵生产GABA。该生产方式的成本明显降低,且产品的安全性高,可用于食品、饲料或医药等行业。     

毒死蜱降解菌的筛选·鉴定·降解特性

[目的]筛选毒死蜱降解菌,了解其特性。[方法]从常年施用毒死蜱农药的水稻田土壤中筛选出1株能以毒死蜱为唯一碳源和能源的降解菌。[结果]降解菌DC1对浓度100 mg/L毒死蜱15 d的降解率可达到83.3%。通过16S r DNA序列同源性和系统发育分析,将该毒死蜱降解菌鉴定为枯草芽孢杆菌(Bacillus subtilis)。系统发育表明,该菌和枯草芽孢杆菌的分支特基拉芽孢杆菌(Bacillus tequilensis)的亲缘关系最近。[结论]降解菌DC1来源于土壤,适应性强,对解决土壤中毒死蜱残留有一定的应用价值。     

枯草芽孢杆菌菌株ZT4-2电击转化体系的建立

[目的]建立枯草芽孢杆菌(Bacillus subtilis)菌株ZT4-2的高效电击转化体系.[方法]带有荧光蛋白标记的穿梭质粒pGFP78,通过电击转化法将其转入枯草芽孢杆菌菌株ZT4-2.[结果]菌株培养阶段、感受态细胞浓度、感受态细胞量、质粒体积量、转化电压等条件的不同,会对电击转化效率造成影响.其中试验条件:制备感受态细胞的菌株培养阶段的OD600nm值=1.0,重悬菌体时每100 mL起始菌液加入600 μL的40％PEG6000;电击转化体系中,感受态细胞量200 μL,质粒体积10 μL,转化电压2.5 kV.最高转化效率可达6 823.67 CFU/μg.[结论]建立了枯草芽孢杆菌菌株ZT4-2的电击转化体系,电击转化效率较高.     

热休克蛋白对枯草芽孢杆菌抗逆性和乙醇产量的影响

[目的]研究热休克蛋白对增强枯草芽孢杆菌的抗逆性和增加乙醇产量的影响。[方法]运用基因工程技术,用大肠杆菌的Lac启动子、运动发酵单胞菌丙酮酸脱羧酶基因(pdc)和乙醇脱氢酶基因(adhB),构建在枯草芽孢杆菌中表达的BLAP操纵子,BLAP操纵子导入枯草芽孢杆菌可使其发酵糖生产乙醇。然后用超嗜热菌强烈火球菌(Pyrococcusfuriosus)的小分子热休克蛋白基因(sHsp)构建在枯草芽孢杆菌中表达的BLAPH操纵子。[结果]成功地构建了能表达小分子热休克蛋白,产生乙醇的枯草芽孢杆菌。[结论]小分子热休克蛋白的表达,使枯草芽孢杆菌在致死温度下的存活率显著提高,对温度及乙醇的耐受性显著增强。同时枯草芽孢杆菌的乙醇产量显著提高。     

利用枯草芽孢杆菌B53发酵法生产维生素K

[目的]探讨以枯草芽孢杆菌B53为菌种发酵生产维生素K的基本条件。[方法]利用枯草芽孢杆菌B53发酵生产维生素K,并探讨发酵培养基组成、发酵时间、接种量等因素对维生素K产量的影响。[结果]枯草芽孢杆菌B53在含甘油50ml／L、大豆粉100g／L、酵母膏5g／L、K2HPO43g／L的液体培养基上发酵48h的维生素K产量可达7．01mg／L;在大豆固态培养基上,适宜的接种量为4％,适宜的发酵时间为72h,维生素K产量达0．0273mg／g;而在豆粕固态培养基上,适宜的接种量为3％,适宜的发酵时间为48h,产量仅达O．0087mg/g。[结论]维生素K存在于枯草芽孢杆菌B53的发酵液中,枯草芽孢杆菌B53是维生素K的一种生产菌：     

枯草芽孢杆菌subtilis str.168双精氨酸途径分泌蛋白预测及功能分析

[目的]对枯草芽孢杆菌subtilis str.168双精氨酸转运途径(Tat)分泌蛋白进行预测和功能分析。[方法]从NCBI中选取枯草芽孢杆菌subtilis str.168基因组注释的蛋白质氨基酸序列,然后用Signal P 4.0、Lipo P、Tat P、TMHMM 2.0软件分析该基因组中双精氨酸途径的分泌蛋白,同时采用COG功能数据库对预测的分泌蛋白进行功能注释和聚类分析。[结果]通过分析发现108个有motif没有酶切位点的Tat信号肽蛋白、25个有酶切位点没有motif的Tat信号肽蛋白、124个既有酶切位点也有motif的Tat信号肽蛋白,其中105个蛋白归为Tat途径的分泌蛋白。[结论]对枯草芽孢杆菌Tat途径分泌蛋白的基因组预测和功能分析,将为分析该菌胞外蛋白的分泌机制打下基础。     

大豆根腐病拮抗菌枯草芽孢杆菌8-32抗菌物质性质的初步研究

对致病菌—尖孢镰刀菌(Fusrium oxysporum)具有较强拮抗作用的枯草芽孢杆菌(Bacillus subtilis)8-32产生的理化性质进行了初步研究。结果表明,该抗菌物质80℃处理30 min,拮抗活性仍保持在90.00%,100℃以上会完全丧失活性;在p H 7.0~11.0范围内抑菌活性较稳定,最适p H为8.0;高浓度(25mmol/L)EDTA使其拮抗活性降低62%;该抗菌物质对Cu2+、Fe3+敏感,对蛋白酶K不敏感。枯草芽孢杆菌8-32产生的抗菌物质具有一定的耐热、耐碱(p H 11.0)、对蛋白酶不敏感等特性。