UPLC-QQQ-MS/MS法用于粉防己根双苄基异喹啉生物碱合成途径中12种化合物的定量检测

超高效液相色谱-三重四极杆串联质谱(UPLC-QQQ-MS/MS)法用于粉防己(Stephania tetrandra S.Moore)中的有机酸和生物碱类化合物的同时定性、定量检测具有重要的研究意义,可为汉防己甲素等双苄基异喹啉类生物碱的代谢合成机理解析提供数据参考。本研究采用Poroshell 120 CS-C18色谱柱进行分离,以含0.1%甲酸的10 mmol/L甲酸铵水溶液(A)-乙腈(B)为流动相进行梯度洗脱,在喷射流技术离子源(AJS-ESI),正、负离子多反应监测(MRM)模式下进行检测,通过一级和二级质谱数据对不同采集批次的粉防己根部代谢物进行定性和定量分析。结果显示:12种被测化合物在线性范围内都呈现出良好的线性关系,相关系数均大于0.99;粉防己根部中12种被测化合物的含量存在显著差异,同一化合物的含量在不同的采集月份也有着明显的差异;L-酪氨酸、汉防己甲素和汉防己乙素在粉防己根部的含量相对较高。本研究实现了粉防己根部中12种被测化合物的同时定性和精确定量分析。

一株耐高温L-乳酸高产菌的选育及其发酵特征

对鼠李糖乳杆菌菌株Lactobacillus rhamnosusJCM1553进行紫外诱变,选育得到一株耐高温L-乳酸高产突变菌GX-6。在47℃,分别以葡萄糖和木薯淀粉为底物,研究GX-6菌株发酵生产L-乳酸的情况并考察GX-6菌株的遗传稳定性。结果表明,以葡萄糖为底物时,发酵56h的L-乳酸产量达到117g/L,比出发菌(100g/L)提高17%,糖酸转化率68.8%;以木薯淀粉为底物时,发酵72h的L-乳酸产量达到138g/L,比出发菌株(73g/L)提高77.6%,糖酸转化率达到85.4%。经16次传代培养,GX-6菌株的乳酸发酵性能没有发生显著变化,具有较好的遗传稳定性。

一株耐酸L-乳酸生产菌的Co^(60)诱变选育

对嗜酸乳杆菌(Lactobacillus acidophilus)CICC 6005菌株进行Co60诱变,从突变体中选育得到1株生长快速的耐酸突变菌株LS-8。该菌株在pH值3.6的条件下发酵72h、在pH值3.8的条件下发酵104h,L-乳酸产量分别达9.2g/L和16.5g/L。

定量预测α-淀粉酶及其突变体的酶反应米氏常数(英文)

【目的】α-淀粉酶是一种重要淀粉水解酶,而Km值是酶反应中重要的参数,尝试建立一种利用α-淀粉酶初级结构定量预测米氏常数Km值的有效模型。【方法】通过神经网络模型,利用535种氨基酸属性定量预测α-淀粉酶Amy7C及其52个突变体反应的Km值,其中33个酶用于模型训练,其余的用于模型验证。首先用双层的20-1前馈反向传播的神经网络进行预测,然后对多层神经网络模型进行筛选。【结果】535种氨基酸属性中有109种属性可以用模型预测,其中动态属性拟合结果较好,4个动态氨基酸属性中有3个属性可以用于模型预测,但拟合结果最好的氨基酸属性分别来自氨基酸理化性质和二级结构。对9种拟合和验证结果最好的氨基酸属性进行7种多层神经网络模型拟合,结果显示增加模型的复杂度并不能提高预测结果的精准度,表明较为简单的模型,如20-1或20-5-1是定量预测建模的首选。【结论】α-淀粉酶酶解反应的米氏常数Km,可以利用某些氨基酸属性通过神经网络模型进行定量预测。为今后利用酶的初级结构定量预测酶反应中各参数最适条件提供思路。

多粘类芽孢杆菌同步糖化发酵玉米粉生产(R，R)-2，3-丁二醇

【目的】对多粘类芽孢杆菌Paenibacillus polymyxa的玉米粉同步糖化发酵工艺进行优化,以获得低成本、高效的(R,R)-2,3-丁二醇生产技术。【方法】研究玉米粉浓度、氮源种类和氮源浓度对菌体生长、耗糖能力以及(R,R)-2,3-丁二醇产量、产率、得率和转化率的影响,并在此基础上进一步考察培养基中其它成分对(R,R)-2,3-丁二醇发酵的影响。【结果】优化后的培养基组分为玉米干粉140g/L,酵母粉30g/L,Na_2HPO_4 3g/L,KH_2PO_43g/L,(NH_4)2SO_42g/L,MgSO_40.8g/L,微量元素溶液2mL/L。使用优化后的培养基进行同步糖化发酵,发酵50h后(R,R)-2,3-丁二醇产量达到56.28g/L(光学纯度为98.3%),对葡萄糖的得率为0.44g/g,产率为1.13g/(L·h)。【结论】(R,R)-2,3-丁二醇生产技术低价高效,可为其工业化生产提供参考。

甘蔗糖蜜发酵生产L-乳酸工艺条件研究

以甘蔗糖蜜作为原料,利用经诱变筛选得到的鼠李糖乳杆菌SCT-10-10-60发酵生产L-乳酸。通过设置单因素实验,研究不同初始糖蜜浓度(50%、40%、30%、20%)、不同发酵温度(30℃、37℃、42℃、47℃)、不同pH调节剂碳酸钙加入量(4%、6%、8%、10%)和氮源替代(尿素替代酵母粉)对L-乳酸产量的影响。结果表明,在初始糖蜜浓度20%(m/V)、温度37℃、碳酸钙浓度4%(m/V)、鼠李糖乳杆菌SCT-10-10-60接种量6%(V/V)的发酵条件下,发酵40h L-乳酸的产量最高可以达到106g/L。尿素不能作为菌株生长所需要的氮源。

合成气发酵生产乙醇菌株的筛选

[目的]从动物粪便样品中分离能利用合成气生产乙醇的菌株，并对其进行鉴定及初步发酵实验，为工业利用合成气生产乙醇奠定理论基础。[方法]利用富集驯化培养技术，以合成气为唯一碳源，分离筛选合成气利用菌，通过形态观察、生理生化实验及16S rRNA 序列分析鉴定菌株，并利用菌株进行初步发酵实验。[结果]分离到1株可以发酵合成气生产乙醇的菌株，分子鉴定结果表明，该菌株为 Clostridium ljungdahlii 。生理生化分析结果显示：该菌是严格厌氧型革兰氏阳性菌，短杆状，有运动性，芽孢很少见，生长必须因子包括酵母粉和维生素 B 族；最适碳源为果糖，最适生长温度35～37℃，最适 pH 值为6．0～7．0。合成气发酵实验结果显示：37℃，厌氧静止发酵30d，乙醇最高产量达到2．58g/L，添加 BESA、莫能菌素、丁基橡胶颗粒可以使乙醇产量分别提高49％、70％、4．3％，最大产量达到4．31g/L。[结论]从动物粪便中分离到1株 Clostridium ljungdahlii ，该菌能够利用合成气生产乙醇，为进一步研究和开发新型生物质材料提供了基础资料。

酿酒酵母YBR019C基因缺失突变的分析

【目的】研究目的基因YBR019C缺失对酿酒酵母(Saccharomyces cerevisiae)菌株糖代谢和乙醇发酵的影响。【方法】以酿酒酵母野生菌NF1002为出发菌株,选择2号染色体上的基因YBR019C为目的基因,以质粒pUG6和pUG66为模板进行PCR,构建带有Cre/loxP系统的酿酒酵母YBR019C基因敲除组件,并转化酿酒酵母NF1002,利用筛选标记Kan r和Ble r与YBR019C基因进行同源重组,筛选YBR019C双倍体缺陷型菌株。利用蔗糖和甘蔗糖蜜为碳源,对突变菌进行发酵特性的研究。【结果】成功获得YBR019C双倍体缺陷型菌株NFybr。碳源同化实验表明,突变株和野生菌均能利用葡萄糖和蔗糖,不能利用乳糖和木糖;但相比野生菌,突变株利用棉子糖和麦芽糖的能力有所下降,而且完全不能利用半乳糖。蔗糖发酵实验表明:突变株NF-ybr与野生菌株相比,在发酵终点乙醇浓度提高10.7%,发酵周期有所延长。按目前甘蔗糖蜜乙醇生产的发酵工艺,突变株在30℃发酵72h的醪液乙醇含量为12.52%,低于野生菌的13.89%。【结论】YBR019C基因的缺失影响了菌株对糖份的利用,导致乙醇发酵能力不及野生菌。本研究为菌株高效快捷的基因改造提供了参考。

海洋热带假丝酵母产角鲨烯发酵工艺研究

【目的】为了从海洋热带假丝酵母(Candida tropicalis)菌株中获取高产量的角鲨烯活性物质。【方法】研究不同碳源、氮源、培养温度、培养基初始pH值、培养时间、光照和氧气等条件对海洋热带假丝酵母菌株产角鲨烯的影响。【结果】确定最优培养基为(W/V)1%酵母膏+2%蛋白胨+2%蔗糖,最佳摇瓶发酵条件:有氧条件下,初始pH值为5.0,培养温度25℃,经48h培养,角鲨烯产量可达2.25mg/g干重。【结论】采用优化后工艺条件进行发酵,获得的角鲨烯产量明显提高。

一株高产乳酸鼠李糖乳杆菌的选育

采用紫外线和Co60照射联合诱变鼠李糖乳杆菌(Lactobacillus rhamnosus)JCM1553菌株,选育得到1株L-乳酸高产突变株SCT-10-10-60。经77代传代培养证实该菌株L-乳酸发酵遗传稳定。在37℃,200rpm下,该菌株摇瓶发酵葡萄糖60h的发酵液乳酸浓度达到最大,为195.67g/L,发酵糖酸转化率达到95.33%,比出发菌株最大乳酸产量、发酵速率和糖酸转化率分别提高了16.24%、50.13%和17.81%。相同条件下该菌株发酵木薯淀粉84h的乳酸浓度达到最大值,为203.33g/L,糖酸转化率达到78.85%,比出发菌株最大乳酸产量和发酵速率均提高了29.49%,糖酸转化率则提高24.53%。该菌株发酵产物的L-乳酸含量高达96.75%,与出发菌株(96.97%)无统计学显著差异(P>0.05)。该高产菌株乳酸发酵性能提高的主要原因是菌体增长速率加快。其L-乳酸发酵性能显著优于现有的生产菌株,具有较高的潜在工业价值。

生物法合成乙偶姻手性异构体的研究进展

乙偶姻是一种重要的四碳平台化合物,在食品、医药、烟草、化妆品、化工等行业具有广泛的用途,其手性异构体(R)?乙偶姻和(S)-乙偶姻由于具有独特的立体结构,还可用于合成高附加值手性药物、化学中间体、液晶材料。本文综述了近年来利用酶法、全细胞催化法和基因工程菌发酵法制备手性乙偶姻的研究成果,介绍了利用代谢工程、合成生物学等技术在构建基因工程菌株,以及在提高乙偶姻产量、转化率和光学纯度方面所取得的研究进展。最后讨论了目前所存在的问题和难点,以及今后应该重点关注的研究方向。

苯甲酸降解途径及转化生产粘康酸的研究进展

苯甲酸是多种芳香化合物生物代谢的重要中间物,对微生物降解苯甲酸的生物化学和遗传学研究,有利于阐明芳香化合物的生物降解机制,分离和培育出降解谱广和降解性能高的菌株应用于废水处理、环境修复和生物转化。苯甲酸的儿茶酚邻位裂解(ortho-cleavage)途径会产生粘康酸,后者是一种潜在的平台化合物,用于生产新型功能树脂、生物塑料、食品添加剂等产品。本文综述了微生物降解苯甲酸和转化生产粘康酸的研究和进展,并提出该领域研究今后的发展方向,为后续研究提供有价值的参考。

α-淀粉酶Amy7C及其突变体最适pH值的定量预测

【目的】pH值是影响酶催化效率的关键参数,通常需要通过实验方式才能确定生物酶的最适pH值,而该方式要消耗较多的人力、物力和时间。因此,有必要发展一种利用酶的简单结构信息即可预测其最适pH值的方法。【方法】以20-1前馈反向传播的神经网络为模型,完成535种氨基酸属性对α-淀粉酶pH值的拟合。同时,将α-淀粉酶Amy7C及其54个突变体的数据分为2组,用35个酶作为训练组进行拟合,20个酶作为验证组进行检验,并对不同层次及神经元个数的模型进行比较。【结果】109个氨基酸属性可实现20-1神经网络模型收敛,表明这些氨基酸属性可用于预测α-淀粉酶的最适pH值,但是不同氨基酸属性预测pH值的效果差别较大,只有部分指标预测pH值的效果较好。多模型的分析结果显示,不同模型对训练组R值的结果具有显著性差异,而对训练组P值、验证组R值和验证组P值结果无显著性差异。【结论】氨基酸分布概率等属性可用于预测α-淀粉酶的最适pH值。20-1神经网络模型是预测α-淀粉酶最适pH值相对理想的模型。

非离子型表面活性剂对甘蔗渣在二甘醇/甘油溶剂中液化的影响

将甘蔗渣在二甘醇/丙三醇溶剂体系下液化,考察非离子型表面活性剂(NIS):OP-10,OP-15,AEO-9,AEO-15,Tween-85,Tween-80,Span-60对液化的促进作用。结果AEO-15对提高甘蔗渣液化转化率效果最明显,相对于未使用AEO-15的液化体系,残渣率降低36.2%,液化产物羟值提高37.7%,重均分子量上升18.8%,液化产物分子量分布更佳,液化产物聚合分散度降低11.3%;而OP-10对液化中间产物在试剂体系中的分散溶解效果最好,液化最终产物羟值提高96%,达到791 mgKOH/g。这说明,NIS可以提高液化试剂对甘蔗渣的渗透能力,增强液化产物在液化试剂体系中的分散溶解,已经显著改善了甘蔗渣在二甘醇/甘油溶剂体系中的液化程度,液化效果接近或超过了甘蔗渣在聚乙二醇/甘油溶剂体系中的液化效果。

重组鼠李糖乳杆菌发酵L-乳酸的初步研究

将自杀质粒pDT转化到鼠李糖乳杆菌JCM1553中,成功获得了具有四环素抗性的鼠李糖乳杆菌。生长曲线说明,重组菌株能在5μg/mL四环素MRS培养基中正常生长,最适培养温度为37～42℃。重组菌株在含有10%、15%、20%、25%的葡萄糖发酵培养基中的发酵结果显示:37℃,200 r/min发酵40～88 h,菌体密度OD600最大为29.05;残糖含量最低为0.604%,L-乳酸的最大产量为228.19 g/L,葡萄糖转化率最大为96.24%。

a-淀粉酶Amy7C及其突变体催化常数的定量预测

【目的】利用α-淀粉酶Amy7c及其突变体的氨基酸信息,预测该酶的催化常数(Kcat),并筛选出能预测α-淀粉酶Kcat最具效果的氨基酸属性。【方法】先以20-1前馈反向传播的神经网络为模型,完成535种氨基酸属性对α-淀粉酶Amy7C及其突变体催化常数的拟合。再将α-淀粉酶Amy7C及其54个突变体的数据分为2组,用35个酶作为训练组进行拟合,20个酶作为验证组进行检验。最后,对8种不同层次及神经元个数的模型进行比较。【结果】110个氨基酸属性可实现20-1神经网络模型收敛,表明这些氨基酸属性可用于预测α-淀粉酶的催化常数,不同指标的预测效果不同。多模型的分析结果显示,不同模型对训练组R值的结果具有显著性差异,而对训练组P值、验证组R值和验证组P值结果无显著性差异。【结论】氨基酸分布概率等属性可以用于预测α-淀粉酶催化常数。四层神经网络模型是预测α-淀粉酶催化常数的相对理想的模型。

药用植物中四环三萜皂苷合成生物学研究进展

萜类化合物是药用植物中结构和生物活性多样化的一类大分子化合物,是自然界中广泛存在的次级代谢产物,主要应用于食品、保健品、医药等领域。生物信息学和分子生物学研究的不断深入,极大促进了药用植物四环三萜皂苷的生物合成途径解析与关键功能基因的挖掘鉴定。本文对常见药用植物四环三萜皂苷的生物合成学研究现状展开论述,重点介绍以药用植物四环三萜皂苷为代表的几类化合物的分子合成机制和生物合成研究进展,为人工构建、优化微生物“细胞工厂”,高效合成稀有、高附加值的四环三萜类化合物,推动药用植物资源可持续利用等提供参考。

高产光学纯（R）-乙偶姻工程菌株的构建与发酵工艺优化

本研究拟在大肠杆菌中构建光学纯(R)-乙偶姻的合成途径和利用辅酶工程调控NADH/NAD+氧化还原平衡,并对工程菌发酵(R)-乙偶姻进行优化。将来源于Enterobacter cloacae的α-乙酰乳酸合成酶基因budB、α-乙酰乳酸脱羧酶基因budA和来源于Lactobacillus brevis的NADH氧化酶基因noxE进行密码子优化后组成基因簇,构建表达质粒并导入大肠杆菌,进一步优化工程菌的培养基成分和发酵条件,提高(R)-乙偶姻的合成能力。结果表明:获得专一性合成高光学纯(R)-乙偶姻的大肠杆菌工程菌株GXASR,对其发酵条件进行系统优化后,摇瓶发酵的(R)-乙偶姻产量为36.82g/L,光学纯度达99.1%,发酵罐补料发酵的(R)-乙偶姻产量达到67.65g/L。在大肠杆菌细胞中过表达外源基因簇budB-budA-noxE能够高效合成光学纯(R)-乙偶姻,经发酵优化后,工程菌的(R)-乙偶姻产量、生产强度和得率均显著提高,为代谢工程改造大肠杆菌生产高光学纯(R)-乙偶姻提供了理论基础。

应用合成生物学策略构建全细胞生物催化剂合成(S)-乙偶姻

目的:在大肠杆菌宿主中过量表达丁二酮还原酶(DAR),同时构建辅酶NADH原位再生系统,利用全细胞高效催化丁二酮不对称还原合成(S)-乙偶姻。方法:PCR克隆多黏芽孢杆菌(Paenibacillus polymyxa) dar基因连到质粒pETDuet-1,转化至大肠杆菌(Escherichia coli) BL21(DE3),构建重组菌E. coli BL21(DE3)-DAR;通过Hi Trap TALON柱亲和层析纯化表达产物DAR酶蛋白,测定DAR的比酶活和分子动力学参数。在重组菌E. coli BL21(DE3)-DAR中构建辅酶NADH原位再生系统,协同表达枯草芽孢杆菌(Bacillus subtilis)的葡萄糖脱氢酶(GDH),构建重组菌E. coli BL21(DE3)-DAR/GDH,并以此重组菌为全细胞生物催化剂,优化催化条件,提高(S)-乙偶姻的产量和产率。结果:获得重组工程菌E. coli BL21(DE3)-DAR和E. coli BL21(DE3)-DAR/GDH。DAR以NADH为辅酶还原丁二酮的米氏常数Km、最大催化速率Vmax、催化常数Kcat分别为2. 59mmol/L、1. 64μmol/(L·min·mg)、12. 3/s,还原丁二酮生成(S)-乙偶姻光学的纯度为95. 86%,具有较好的催化效率和立体异构体选择性。构建辅酶NADH原位再生系统后,重组菌E. coli BL21(DE3)-DAR/GDH可高效催化丁二酮合成乙偶姻。在最优催化条件下分批补料,乙偶姻产量达51. 26g/L,转化率为81. 37%,生产速率为5. 13g/(L·h)。结论:使用非手性化合物原料丁二酮生产高附加值的手性化合物(S)-乙偶姻,以重组菌为全细胞生物催化剂合成(S)-乙偶姻,不需额外添加昂贵的辅酶,具有较高的生产应用价值。

四环素抗性重组鼠李糖乳杆菌的构建

将含有鼠李糖乳杆菌同源序列的自杀质粒pUC-ldhD-Ter转化到鼠李糖乳杆菌JCM 1553中,成功获得2株含四环素抗性的重组鼠李糖乳杆菌GL-1和GL-2。采用PCR技术鉴定重组菌株染色体基因组上含有四环素抗性基因Ter;生长曲线说明四环素抗性基因的插入对鼠李糖乳杆菌的生长没有较大影响。抗性菌株GL-1和GL-2在含10%葡萄糖的摇瓶发酵培养基发酵结果显示:37℃,200 r/min发酵40h,菌体密度OD600最大达到25.49和24.66,残糖含量为0.60%和0.63%,L-乳酸最高产量为93.956 g/L、93.693 g/L,葡萄糖转化率达到94.82%、94.56%,与原始菌株没有显著区别。