链霉菌B221的角蛋白降解机制初探

利用本实验室自行分离得到的链霉菌B221液体发酵分解羽毛角蛋白,在第2d到第3d角蛋白降解最为迅速,5d后角蛋白降解率达到82.7%。发酵液的无细胞上清液中检测到角蛋白酶活,最大酶活出现在第4d。在角蛋白降解率与角蛋白酶活之间的不完全对应,揭示可能还存在非酶降解途径。硫酸盐是角蛋白降解过程中硫元素的主要转化形式。同时在发酵液中检测到亚硫酸盐,其含量变化与酶活、降解率、可溶性蛋白、巯基化合物的变化存在很强的相关性,表明亚硫酸盐在角蛋白降解中可能起到非常关键的作用。链霉菌B221降解角蛋白的过程中不但存在角蛋白酶降解途径,而且存在非酶降解途径—亚硫酸分解作用。     

新型羽毛降解工程菌构建取得重要研究进展

微生物产生的角蛋白酶可以降解角蛋白，有着很好的经济、生态效益，其应用涉及饲料生产，医疗卫生，制革等多个行业。目前，用于工业化生产角质蛋白酶的菌株主要为地衣芽孢杆菌，其降解羽毛需要3~7d，降解效率低，制约了它的广泛应用。因此，筛选获得具有优良性质的角蛋白酶基因并进行高效表达，同时通过分子改良等方法提高菌株的羽毛降解效率是一个研究热点。中国农业科学院饲料研究所对此的研究取得重要进展。     

嗜热角蛋白降解菌的分离筛选及降解特性

为获得高效降解羽毛角蛋白的嗜热微生物，提高微生物降解角蛋白的效率，利用以羽毛角蛋白为唯一碳氮源的培养基从堆肥样品中分离降解菌，并对其菌种分类、粗酶液的酶学性质及降解角蛋白机理进行研究。通过选择培养基共筛选到5株高温降解菌，其中，菌株K-7降解性能和生物安全性能最佳。结合菌株形态特征、生理生化特征及16S rDNA系统进化树分析，鉴定该菌株为副地衣芽孢杆菌(Bacillus paralicheniformis)。在含角蛋白底物培养基中，K-7的发酵上清液可检测到较强的角蛋白酶活，但未检测到明显的二硫键还原酶活；同时，在降解过程中，产生了大量的亚硫酸盐和巯基化合物，表明亚硫酸盐裂解是角蛋白二硫键断裂的主要方式。酶学特性结果显示，粗酶液的最适反应温度为50～70℃,最适反应pH值为7.0～8.0,粗酶液在80℃以下时热稳定较好，SDS、PMSF和EDTA等化学试剂对酶活有较强的抑制作用，而DTT、β-巯基乙醇对酶活性有显著的增强作用。研究结果扩展了副地衣芽孢杆菌的应用领域，丰富了嗜热角蛋白降解菌的菌种资源库。     

地衣芽孢杆菌nju-1411-1降解羽毛角蛋白过程中含硫化合物的变化

利用自行筛选到的1株角蛋白降解细菌--地衣芽孢杆菌nju-1411-1发酵羽毛角蛋白,发酵2 d时角蛋白降解率、角蛋白酶活、生物量等指标就达到了最大值.降解率的变化和角蛋白酶活力的变化基本是一致的,并且酶的活力明显高出笔者所在实验室筛选的其他2株角蛋白降解菌--链霉菌B221和真菌C281.发酵过程中,硫元素以硫酸根、亚硫酸根、硫离子、硫代硫酸根、巯基化合物、二硫键化合物、半胱氨酸、胱氨酸以及S-磺酸半胱氨酸类物质等9种形态存在,没有检测到过硫化物、多硫化物、连多硫酸盐、芳基类硫代磺酸盐、烷基类硫代磺酸盐等其他形式的含硫化合物.其中硫酸根、亚硫酸根、硫代硫酸根和S-磺酸半胱氨酸类物质是主要形态,而其他5种物质含量相对较少.硫酸根和硫代硫酸根是硫元素代谢的终产物,其中硫酸根在自然状态下和氧化酶的作用下都可以产生,而硫代硫酸根是微生物代谢的产物.亚硫酸根和S-磺酸半胱氨酸类物质出现相互消长的关系,表明硫解作用的存在.发酵液的可溶性物质中,二硫键主要以胱氨酸的形式存在;除了少量的半胱氨酸以外,巯基还存在于多肽和寡肽中.     

基于基因组改组技术的角蛋白酶高产菌株选育研究

【目的】筛选具有高效角蛋白水解活性的微生物,为提高废弃羽毛中角蛋白资源的利用奠定基础。【方法】采用梯度稀释法,以羽毛作为惟一碳氮源对土样中的产角蛋白酶菌株进行筛选,筛选可高效降解羽毛的细菌。通过菌株的形态、生理生化特性以及16S rDNA序列分析,对菌株进行分类鉴定,并探讨其最适发酵条件。利用硫酸二乙酯(DES)和亚硝基胍(NTG)对目的菌株进行诱变,确定最适诱变条件,并进行原生质体融合,通过基因组改组选育角蛋白酶高产菌株。【结果】分离筛选到1株具有较强羽毛降解能力的菌株ZJT01,该菌落圆形凸出,革兰氏染色呈阳性,酪素水解、硝酸盐利用、柠檬酸利用等生理生化试验均呈阳性。结合菌株16S rDNA同源序列比对分析,初步鉴定其为节杆菌(Arthrobactersp.)。菌株ZJT01产角蛋白酶的最适发酵温度和时间分别为32℃和72h。其DES最适用量为9μL/mL,诱变时间为20min;NTG的最适合质量浓度是0.6mg/mL,处理时间为15min。原生质体制备的最佳条件为:溶菌酶终质量浓度10 mg/mL,酶解温度37℃,酶解0.5h。经过硫酸二乙酯(DES)和亚硝基胍(NTG)分别诱变处理,获得角蛋白酶活性提高的菌株DES-2和NTG-2;对其进行3轮基因组改组后,筛选到2株角蛋白酶活性比亲本菌株ZJT01提高了5.48倍的重组菌株,且其产酶活性可稳定遗传。【结论】通过基因组改组技术获得了2株角蛋白酶活性大幅提高的菌株F3-5和F3-6,这2株菌对羽毛的降解效果较亲本菌株ZJT01明显提高,具有较好的应用前景。     

淡紫拟青霉角蛋白酶特性初步研究

【目的】对淡紫拟青霉PL-HN-16角蛋白酶的酶学特性进行初步研究。【方法】以鸡毛(黄色和黑色)、鹅毛、猪毛角蛋白为发酵底物,并作为培养基中的惟一氮源,观测发酵液的变化及培养液中的角蛋白酶活性,同时以鹅毛为发酵底物,对淡紫拟青霉角蛋白酶粗酶的最适作用温度和pH进行了初步研究。【结果】PL-HN-16对鸡毛、鹅毛、猪毛均能降解,PL-HN-16角蛋白粗酶最适作用温度为40℃、最适pH为8.0。【结论】在最佳作用温度与pH条件下,PL-HN-16角蛋白酶活性为41U/mL,PL-HN-16对不同发酵底物的降解活性不尽相同。     

链霉菌分解角蛋白的生化机制研究 Ⅲ含硫化合物对角蛋白酶作用机理和角蛋白降解的生化机制初步研究

硫酸钠、亚硫酸钠和巯基乙醇对角蛋白酶具有强烈的激活作用,使角蛋白酶活力分别依次提高了４,７和２０多倍,其主要表现作用于角蛋白酶中的二硫键还原酶。亚硫酸钠在０．０１ｍｏｌ／Ｌ浓度下不仅作用于二硫键还原酶,而且还作用于多肽水解酶。硫代硫酸钠对二硫键还原酶有强烈的抑制作用。角蛋白酶降解羽毛角蛋白首先是角蛋白酶中的二硫键还原酶使角蛋白中二硫键裂解产生变性角蛋白,然后在多肽水解酶的共同作用下,将变性角蛋白逐渐分解成多肽、寡肽和游离氨基酸,使角蛋白彻底分解。角蛋白酶中的二硫键还原酶是降解角蛋白的关键酶。     

高效猪毛角蛋白降解菌株的分离与鉴定

为了筛选能高效降解猪毛角蛋白的微生物,从长期堆放废弃猪毛的土壤中取样,采用以猪毛粉为唯一碳氮源的培养基分离角蛋白降解菌,并对其产角蛋白酶条件进行了研究。通过驯化培养后,筛选到5株能够降解猪毛角蛋白的菌株,其中菌株E-2降解效果最佳。将E-2接种到以猪毛为唯一碳氮源的培养基中培养5 d后,猪毛降解率达58.6%,发酵液中角蛋白酶活为46.6 U·m L~(-1)。结合形态学观察、生理生化特征及ITS序列分析,鉴定该菌株为解脂耶氏酵母(Yarrowia lipolytica)。E-2产酶影响条件实验结果表明,培养108 h后酶活性最高,产角蛋白酶最适条件为p H值6.0~7.0,温度35~40℃,猪毛粉添加量15 g·L~(-1)。E-2能降解猪毛、鸡毛、羊毛,但降解活性及产酶活性均不同。该菌株的分离筛选为微生物降解猪毛角蛋白提供了新的菌种资源,至今未见解脂耶氏酵母在降解毛发角蛋白方面的相关报道。     

拟无枝酸菌属羽毛降解菌株BJA-103的诱变育种

【目的】对具有羽毛降解能力的BJA-103菌株进行硫酸二乙酯（DES）诱变,筛选羽毛降解速率更快、降解程度更高的突变株,并对突变株产生的角蛋白酶性质进行初步探究,为其进一步扩大发酵及生产应用提供理论依据。【方法】使用DES对BJA-103菌株进行诱变,涂布解除氮代谢分解调节筛选培养基为第1次初筛,点植法接种牛奶平板为第2次初筛,羽毛摇瓶降解为复筛。得到理想突变株后,对该突变株进行羽毛降解试验,初步探究降解时间、温度、pH对角蛋白酶活性的影响。【结果】筛选获得解除氮代谢分解调节突变株库（1 253株）,牛奶平板筛选水解圈宽度为8.5～12 mm的突变株5株（RT、BM′、CV′、FX′、NK′）,平均水解圈大小为野生型的2.5倍。羽毛降解复筛得到突变株NK′,降解试验中,其48 h内的羽毛降解率为65.29%,远大于野生型（12.82%）;其最终降解率为90.74%（降解144 h）,大于野生型的降解率79.24%。突变株NK′产生的角蛋白酶最适发酵时间为72 h,最适反应温度为70 ℃,最适反应pH为11。【结论】筛选出1株羽毛降解速率快、降解程度高的突变株NK′,其所生产的角蛋白酶可耐高温、高碱环境。     

链霉菌分解角蛋白的生化机制研究 Ⅱ角蛋白分解过程中含硫化合物变化规律的初步探讨

弗氏链霉菌Ｓ－２２１变种在分解利用羽毛角蛋白过程中产生角蛋白酶,使角蛋白不断地降解成多肽或游离氨基酸的同时,角蛋白中的硫也随之转化成巯基化合物、Ｈ２Ｓ和硫酸盐３种含硫化合物形式存在于分解产物中,并对３种含硫化合物形成过程进行了初步探讨。     

1株角蛋白分解真菌的分离筛选及初步鉴定（摘要）

[目的]为动物角蛋白的高效、经济降解和利用提供新种质资源。[方法]采用传统分离筛选、固体基质降解和动物试验相结合的方法,对角蛋白降解菌进行了分离筛选及初步鉴定。[结果]得到1株非致病、降解效率较高的丝状真菌,并初步鉴定为毛霉科（Mucoraceae）的一个种。[结论]该菌株的发现丰富了角蛋白降解菌的家族成员,为动物角蛋白的降解利用提供了新种质资源。     

角蛋白分解真菌的分离筛选及初步鉴定

[目的]为动物角蛋白的高效、经济降解和利用提供新种质资源。[方法]采用传统分离筛选、固体基质降解和动物试验相结合的方法,对角蛋白降解菌进行了分离筛选及初步鉴定。[结果]得到1株非致病、降解效率较高的丝状真菌,并初步鉴定为毛霉科（Mucora-ceae）的一个种。[结论]该菌株的发现丰富了角蛋白降解菌的家族成员,为动物角蛋白的降解利用提供了新种质资源。     

高效降解猪毛角蛋白菌群构建及其降解效果研究

为丰富猪毛角蛋白降解菌微生物资源库及开发猪毛角蛋白高效降解产品,采用富集、驯化培养的方法,以猪毛为唯一碳氮源从土壤中筛选猪毛角蛋白高效降解菌株,通过不同菌株组合培养的方法,构建了组合菌群。结果表明,经驯化筛选,共获得3株对猪毛降解效果较好的菌株,与对照相比,其猪毛降解率（10 d）为58.0%~65.3%,且3株菌株对鸡毛、鹅毛和羊毛也表现出良好的降解效果,是一类广谱角蛋白降解菌。3株高效猪毛降解菌株（菌株编号为E-2-2、E-1-4和E-3-2）分别鉴定为地衣芽孢杆菌（Bacillus licheniformis）、蕈状芽孢杆菌（Bacillus mycoides）和链霉菌（Streptomyces koyangensis）。通过单一菌株及不同组合菌群降解效果的对比分析,成功获得最优菌群组合,其猪毛降解率（10 d）高达81.8%,比单一菌株的猪毛降解率（10 d）最多提高了23.8个百分点。在降解过程中产生了大量可溶性蛋白质,二硫键中的硫也随之转化为以硫酸盐为主要形式的含硫化合物。研究表明,通过不同菌株间协同增效可大幅提高猪毛降解效果,在氨基酸饲料生产中具有潜在的应用价值。     

秸秆降解菌株的筛选、鉴定及生物学特性研究

为筛选优良秸秆降解菌株,解析不同菌株降解秸秆的生物学过程。本研究利用以秸秆为唯一碳源的筛选方法从土壤中获得3株具有秸秆降解能力的菌株yj1、yj2和yj3。根据8d的秸秆降解率确定菌株降解秸秆的最优温度和pH,并测定和比较参与秸秆降解的内切葡聚糖酶(EG)、β-葡萄糖苷酶(BG)、木聚糖酶、木质素过氧化物酶(LiP)、锰过氧化物酶(MnP)和漆酶(Lac)的活性。结果表明:1)筛选得到的yj1、yj2和yj3菌株分别属于假单胞菌属、芽孢杆菌属和短杆菌属。2)3种菌株分别在最适温度37、30和37℃以及最适pH 8、8和7时培养8d后,秸秆降解率达到峰值,在偏碱性条件下菌株yj2的秸秆降解率为26.61%。3)菌株yj1和yj3无木聚糖酶的活性,但LiP、MnP和Lac酶活性较高。菌株yj2的6种酶均具有较高的活性,协同完成秸秆降解。因此,菌株yj2可以作为碱性土壤条件下秸秆降解的候选菌株。     

链霉菌B221降解角蛋白的扫描电镜观察

应用扫描电子显微镜直接观察链霉菌B221在固体发酵条件下,菌丝与羽毛的相互作用,对比酶作用后羽毛结构,深入了解菌状微生物降解角蛋白机制及菌丝在降解过程中的作用.结果显示,灭菌处理过程有助于降解启动,链霉菌B221菌丝穿透作用在降解前期明显,菌丝穿透羽毛表面,沿羽毛纵向生长,大面积剥落羽毛表面.角蛋白酶活力在前4 d较高,生物最在第4天达到最高,水溶性物质与可溶性蛋白在整个降解过程中的变化与酶活力变化不完全一致.链霉菌B221降解角蛋白过程中机械作用起重要作用,菌丝的生长压力穿透且剥落羽毛表层结构,更多酶作用位点暴露出来,极大提高酶解效率.     

角蛋白酶高产菌株的筛选鉴定及其产酶条件优化

为进一步扩大角蛋白酶高产菌株的来源及提高其产酶能力,采用羽毛粉为惟一碳、氮源平板培养基,对从广西几大原始森林和自然保护区的土壤中得到能够降解羽毛角蛋白的菌株进行了筛选、鉴定及其产酶条件优化。结果表明：共分离出15株可有效降解角蛋白的菌株,其中,银滩3＃、天坑1＃、天坑3＃、天坑4＃、天坑5＃和大明山3＃菌株在羽毛培养基上的菌丝长势较好,且菌丝圈直径超过5 cm,经对3株（银滩3＃、天坑3＃和大明山3＃）在羽毛培养基平板上的菌丝生长圈最大的菌株进行复筛,天坑3＃为对羽毛蛋白降解效果最好的菌株;通过对该菌株形态特征观察,初步认定其为木霉属（Trichoderma）。经优化,碳氮源分别以20 g／L 葡萄糖和40 g／L 蛋白胨为宜,该菌株在此条件下摇瓶震荡培养第4天,以羽毛粉为底物时其角蛋白酶酶活高达34．20 U／mL。     

除草剂阿特拉津微生物降解研究进展

阿特拉津是一种低毒除草剂,但因其长时间大范围使用,造成大面积的土壤、地表水、地下水等环境的污染。目前有关阿特拉津的生物降解是世界上生物降解的研究热点之一,文章综述了阿特拉津及降解产物的分析检测、降解微生物的筛选方法与微生物类群、降解途径与降解酶,并展望了农药降解微生物的应用前景。     

嗜麦芽窄食单胞菌YJ-1角蛋白酶底物特性及酶活测定方法研究

从羽毛加工厂污泥中分离到一株嗜麦芽窄食单胞菌(Stenotrophomonas maltophilia)YHYJ-1,对羽毛、羊毛和毛发底物均具有降解作用。菌株YHYJ-1对不同底物的降解能力存在差异,培养36 h羽毛完全降解,羊毛降解时间是72 h,毛发则在84 h有部分降解作用。分别以可溶性羽毛角蛋白、羽毛粉和偶氮角蛋白为底物进行酶活测定,以最高酶活值设定为100%,3种底物的相对酶活分别为100%、65.1%和23.2%,表明菌株YHYJ-1角蛋白酶的最适底物为可溶性角蛋白。菌株YHYJ-1接种于羽毛粉培养基,培养20 h后角蛋白酶活性急剧升高,28 h酶活达最大值,之后快速下降。     

产角蛋白酶毕赤酵母工程菌的构建及酶学性质

将Brevibacillus brevis US575角蛋白酶基因kerUS进行密码子优化,并在毕赤酵母GS115中表达,以提高角蛋白酶产量。结果表明:优化的基因可在毕赤酵母中成功表达,重组角蛋白酶的分子质量约30 ku,最佳反应条件为pH 9.5和60℃,1 mmol/L的Mn~(2+)、Ba~(2+)对角蛋白酶活性有促进作用。此外,重组角蛋白酶易降解干酪素和β角蛋白(羽毛粉),酶促反应最大速度v_(max)=0.019 g/(L·min),K_m=4.64 g/L,比活力=440 U/mg。研究获得的产角蛋白酶重组毕赤酵母具有较好的应用前景。     

产黄原胶降解酶放线菌筛选及发酵工艺研究

[目的]黄原胶是植物致病菌野油菜黄单胞菌所分泌的胞外多糖,其主链类似纤维素很难降解,可作为生物胶用于增稠剂、悬浮剂、乳化剂和稳定剂,还能引起十字花科植物黑腐病.筛选分离对黄原胶有显著降解作用的放线菌,以生物方法降解黄原胶,降解产物黄原胶寡糖可有效防治黑腐病,具有开发为生物农药的潜力.[方法]从自然土壤样品中进行分离筛选、纯化、16S rRNA鉴定及诱变选育,获得高效降解黄原胶放线菌菌株,通过发酵工艺研究,确定最适产酶条件.[结果]优化产酶培养基配方为:蔗糖3;,( NH4 )2SO4 0.5;,KNO31;,酵母膏0.1;.菌株发酵产酶培养条件为:发酵温度28℃,pH7.5,500mL瓶装量为150 mL,底物浓度0.5;,接种量为5;.[结论]获得一株高效降解黄原胶的链霉菌(Streptomyces sp.),优化其产黄原胶降解酶的摇瓶培养基及培养条件,发酵液黄原胶降解酶的酶活达到200 IU/L.