有机溶剂耐受性酵母细胞的脂肪酸组成分析

本文以出发菌株酿酒酵母(Saccharomyces cerevisiae)、筛选所得乙醇耐受菌株Y-c-8和丙酮耐受菌株B-g-5为研究对象,分析测定了三种不同菌株的脂肪酸组成,从而证实有机溶剂会引起酵母细胞脂肪酸成分发生改变,主要是合成更多长链不饱和脂肪酸以适应不良环境。本研究为有机溶剂对微生物细胞的毒性机制提供了理论支持,为有机介质中微生物全细胞催化的工业化应用提供了理论支持。

利用分子生物学技术提高微生物有机溶剂耐受性的研究进展

耐有机溶剂微生物是一类能够在较高浓度有机溶剂中存活或者生长的微生物,其在非水相生物催化等领域表现出巨大的应用优势。与自然筛选、长期驯化和传统诱变等方法相比,利用分子生物学技术获得微生物有机溶剂耐受菌株是一种更为理性且高效的手段。主要综述了近年来利用分子生物学技术对耐性相关功能基因和转录因子进行改造,提高微生物有机溶剂耐受性的研究进展,并展望了有机溶剂耐受菌株的应用前景。

从植物根际定向批量筛选广谱有机溶剂耐受性脂肪酶产生菌

洋葱伯克霍尔德菌脂肪酶是一类具有重要工业应用价值的优良脂肪酶之一。根据已公布的洋葱伯克霍尔德菌基因组信息,在传统的洋葱伯克霍尔德菌选择性培养基中添加适量的氨苄青霉素和卡那霉素,从植物根际的土壤中筛选洋葱伯克霍尔德菌。对获得的单菌落再用含罗丹明B指示剂的产脂肪酶定性检测平板检测,从4个根际土壤中筛选到35株产脂肪酶的洋葱伯克霍尔德菌,阳性率达到65%。其中15株对体积浓度为10%的苯、己烷和正庚烷同时具有耐受性。用recA基因分子鉴定上述15株菌种,全部属于洋葱伯克霍尔德菌菌群。

α-淀粉酶AmyP对有机溶剂和表面活性剂的耐受性

AmyP是一个来自海洋宏基因组文库的α-淀粉酶。AmyP不仅对log P ow值从4.5到-0.24的各种有机溶剂均具有良好的耐受性,而且能被正辛醇、正辛烷和甲苯提高活性为139%、118%和119%。正辛醇影响AmyP的淀粉水解产物、葡萄糖的含量增加、麦芽三糖的含量降低。非离子型的表面活性剂Tween-20、Tween-80和Triton X-100存在条件下,AmyP的活性反而有不同程度的提高。但是,AmyP对阴离子型的SDS和阳离子型CTAB的耐受性稍差。结果表明AmyP是一个同时具有有机溶剂和表面活性剂耐受性的新型α-淀粉酶。

蜡状芽孢杆菌Bacillus cereus SWWL6产耐有机溶剂脂肪酶发酵条件优化及酶学性质

以蜡状芽孢杆菌Bacillus cereus SWWL6为产耐有机溶剂脂肪酶的出发菌株,对发酵产酶条件进行优化并研究其酶学性质。通过四因素三水平L9(34)正交试验,确定产酶的最优发酵条件为:pH6.5、温度35℃、每250mL容量瓶中装液量55mL、接种量4%,此条件下酶活力达45.62U/mL。该酶最适pH值范围为7.0～8.0,碱性条件下稳定。最适温度为40℃,超过40℃,酶活力急剧下降。K+、Na+、Mg2+、Ba2+对该酶活性有激活作用,Al3+、Cu2+、Zn2+、Ca2+对该酶活性有一定的抑制作用,Fe2+对该酶活性的作用效果不明显。SDS、EDTA均对该酶活性有抑制作用,其中尤以SDS的抑制作用最强。该酶对所试有机溶剂甲醇、环乙烷、异丙醇、乙醇、甲苯、丙酮、异戊醇均有一定的耐受性。

来源于类芽孢杆菌属新型耐有机溶剂脂肪酶的克隆、表达与性质研究（英文）

脂肪酶(EC 3.1.1.3)全称为三酰基甘油水解酶,是一类能够将长链脂肪酸甘油酯水解成脂肪酸和二甘酯、单甘酯或甘油的酯键水解酶.它除了能够水解脂肪外,还具有催化酯化反应、酯交换反应、酸解反应、醇解反应以及氨解等反应的性质.在脂肪酶催化的反应中,通常用有机溶剂代替水.有机溶剂可以转移合成反应的平衡方向,通过溶剂工程修饰酶的选择性能够提高底物的溶解度、有机相产物的回收率、酶的热稳定性.但有机溶剂对酶活性和稳定性有不同程度的影响.因此,寻找在有机溶剂中表现出高活性和稳定性的脂肪酶是一个亟待解决的重要课题.由于微生物种类多、作用底物专一性强,且微生物来源的脂肪酶一般分泌到胞外,因此微生物脂肪酶是工业用脂肪酶的重要来源.目前,微生物脂肪酶的研究主要集中于根霉属(Rhizopus)、曲霉属(Aspergillus)、青霉属(Penicillium)、毛霉属(Mucor)、地霉属(Geotrichum)、假丝酵母属(Candida)、假单胞菌属(Pseudomonas)、伯克霍尔德菌属(Burkholderia)等具有工业应用价值的菌株.很少有类芽孢杆菌属所产脂肪酶进行相关酶学性质的研究.我们以Paenibacillus pasadenensis CS0611为出发菌株,在全基因序列草图中得到了一个新型脂肪酶基因lp2252.以Paenibacillus pasadenensis CS0611基因组为模板,设计特异性引物对目标序列进行扩增,并成功将其插入到表达载体p ET-28a中得到含有目的基因的重组质粒.在E.coli BL21(DE3)中,脂肪酶lp2252经0.1mmol/L的IPTG诱导后在20°C实现了高水平表达.重组脂肪酶的活性约为野生型的1631倍.用镍离子亲和层析柱快速、高效地纯化了两端带有组氨酸标签的重组脂肪酶,回收率为63.5%,纯化因子为10.78.纯化后的脂肪酶最适温度为50°C,在20-40°C范围内具有良好的稳定性.最适pH值为7,属于中性脂肪酶,同时在pH 3.0-8.0间具有较高稳定性.在金属离子如钙、镁离子和一些非离子表面活性剂的作用下,其活性有所提高.此外,纯化后的脂肪酶可被一系列水溶性有机溶剂激活,例如一些短链醇.而对某些水不溶性有机溶剂,其也具有高度的耐受性.综上所述,本文所涉新型脂肪酶在非水相催化领域具有广泛的应用和前景.

Burkholderia sp.JXJ-16低温耐有机溶剂脂肪酶产酶条件优化及粗酶酶学性质

以Burkholderia sp.JXJ-16为出发菌株,对其低温耐有机溶剂脂肪酶的产酶条件进行单因素实验并研究其粗酶酶学性质。该菌株的最佳产酶条件为:蔗糖3.75 g/L、尿素11.25 g/L、K_2HPO_42 g/L、(NH4)2SO_41 g/L、Mn SO_40.25 g/L、猪油乳化液体积分数2.5%,初始p H9.0、培养温度30℃、装样量20 m L/250 m L、接种量3%、发酵时间20 h。JXJ-16脂肪酶粗酶对中链对硝基苯酚酯有最大水解活力,最适底物为对硝基苯酚辛酸酯;该粗酶在35℃、p H8.5~9.0时酶活力最高,且具有较好的温度(30~60℃)和p H(5.0~10.5)稳定性;Na^+、Mg^(2+)、Ca^(2+)、Mn^(2+)、EDTA对粗酶活力具有激活作用,Zn^(2+)、Cu^(2+)、Fe^(3+)对粗酶活力具有抑制作用,K^+对粗酶活力没有显著性影响;除乙醇和乙腈外,该粗酶在一定体积分数的异丙醇、甲醇、丙酮、乙酸乙酯、三氯甲烷、二甲苯和正己烷中具有良好耐受性,且处于激活状态。综上,该菌株能利用廉价易得的培养基原料达到最佳产酶效果,其所产脂肪酶为低温碱性脂肪酶,具有较好的温度和p H稳定性,对多数供试有机溶剂具有良好耐受性。

耐有机溶剂低温碱性脂肪酶产酶条件优化及其酶学性质

[目的]研究沙雷氏菌JXJ-54胞外脂肪酶的产酶条件以及粗酶酶学性质。[方法]以沙雷氏菌JXJ-54为出发菌株,采用单因素分析优化其产胞外脂肪酶的条件并对该酶进行酶学性质研究。[结果]该菌株的最佳产酶条件为牛肉浸膏10 g/L、K_2HPO_4 2 g/L、菜籽油乳化液体积分数2.25%,初始pH 9.0、培养温度20℃、装样量40 mL、接种量2%、发酵时间20 h。JXJ-54脂肪酶的最适底物为对硝基苯酚辛酸酯和对硝基苯酚葵酸酯,在30℃、pH 8.5～9.5时酶活力最高,且具有一定的热稳定性和较好的pH稳定性;酶样品受到多数供试金属离子和EDTA的抑制,在供试表面活性剂和有机溶剂中具有良好耐受性,甚至处于激活状态。[结论]该菌株能利用简单的发酵培养基达到较好的产酶效果,其所产胞外脂肪酶为低温碱性脂肪酶,具有一定的热稳定性和较好的pH稳定性,在供试表面活性剂和有机溶剂中具有良好的耐受性,在食品加工、洗涤剂、低温环境修复等低温碱性环境的工业领域中有一定的应用潜力。

耐有机溶剂脂肪酶产生菌的筛选和鉴定

从国内各地采取土样分离筛选产耐有机溶剂脂肪酶的新菌株,通过形态和生理生化特征以及系统进化树分析,筛选到的新菌株命名为Pseudomonas aeruginosa CS-2.来自Pseudomonas aeruginosa CS-2的粗脂肪酶液在乙腈中酶活提高,在苯、氯仿、正己烷、石油醚和异辛烷中表现出较高的稳定性.

耐有机溶剂脂肪酶的研究进展

脂肪酶是一种重要的酶,在有机介质中脂肪酶能催化某些特定的化学反应。获得具有较高催化活性的耐有机溶剂脂肪酶具有重要的价值。该文概述了一些具有代表性的耐有机溶剂脂肪酶,介绍了耐有机溶剂脂肪酶的特性和应用,并对耐有机溶剂脂肪酶的筛选途径和分子改造方法进行了分析。今后有机溶剂耐受性脂肪酶的研究将集中在酶的利用、微生物筛选、脂肪酶表征和基因克隆、酶的分子改造等方面。

耐有机溶剂氨基酸脱氢酶基因挖掘与非天然氨基酸的非水相合成

可在非水相体系高效催化不对称还原反应制备手性化合物的氧化还原酶具有重要科学意义与工业应用前景。基于基因挖掘技术,获得了17个耐盐氨基酸脱氢酶的基因,并分析了其进化同源性和蛋白质稳定性热力学参数。选取来源于Natranaerobius thermophilus的苯丙氨酸脱氢酶(PheDH),进行了基因合成和表达、分离和纯化,获得了耐盐氨基酸脱氢酶,并检测了其有机溶剂耐受性。结果表明,对于催化L-苯丙氨酸的氧化脱氨体系,反应的最适温度为60℃,最适pH为12。在含有30%的二甲亚砜反应体系中,催化活性是水相体系的1.2倍。而对于催化还原胺化制备L-高苯丙氨酸的体系,最适温度为70℃,最适pH为8.5。在含30%的甲基叔丁基醚和二甲亚砜反应体系中,催化活性分别是原始活性的101.3%和99.2%。研究表明,该耐盐酶具有较好的耐热、耐有机溶剂等抗逆性能。

利用全局转录调控工程提高菌株耐受性研究进展

微生物在不同环境胁迫下的耐受性对于生物燃料和生物化学品的高效生产有重要意义.目前广泛应用于提高微生物菌株耐受性的方法包括过表达的自身或外源与耐受性相关的基因、适应性进化、人工诱变或基因组改组等.近年来,人们试图通过全局转录工程调控蛋白直接或间接操纵转录调控网络,以提高微生物胁迫耐受性.本文就利用全局转录调控工程提高菌株耐受性的研究进展包括对提高乙醇耐受性、耐酸性、耐有机溶剂、氧化应激耐受性以及耐糖性进行综述,阐明利用全局转录调控工程提高微生物耐受性所具有的广阔前景.

恶臭假单胞菌的正丁醇耐受性驯化及比较基因组学分析

恶臭假单胞菌(Pseudomonas putida)是一类非常重要的工业微生物,广泛用于环境修复、生物活性物质合成等方面。作者采用常压室温等离子体诱变技术(atmospheric and room temperature plasma,ARTP)对实验室保藏的恶臭假单胞菌901进行随机诱变,以正丁醇作为筛选压力进行驯化培养,最终筛选得到一株能耐受12 g/L正丁醇的突变株。通过Illumina HiSeq平台进行全基因组重测序和生物信息学分析。结果显示共获得大约1 900万对reads,平均读长为150 nt,与参考基因组的片段配对率为92.03%,覆盖率为90.34%。共检测到40 704个单核苷酸位点变异(singlenucleotide variation,SNV),其中纯合的为39 319个,杂合的为1 385个;存在2 153个基因小片段插入/缺失序列(insert&deletions,InDels),其中纯合的突变位点数量为1 871个,杂合的突变位点数量为282个。最后,将所有突变进行GO/KEGG数据库功能注释,发现突变数目最多的是代谢相关基因,其中以氨基酸代谢和糖代谢路径相关基因为主。

全局转录机制工程法筛选丁醇耐受大肠杆菌及性质

作者旨在采用一种快速有效的方法(全局转录机制工程方法)筛选一株具有较高丁醇耐受性的大肠杆菌。通过对全局转录因子σ^(70)进行随机突变,构建rpoD(编码σ^(70)因子)突变库。并采用高通量筛选的方法筛选获得丁醇耐受突变株E. coli JM109/pHACM^(B8),并对该突变株的性质进行了研究。结果表明:丁醇耐受突变株B8能够耐受体积分数2%丁醇,且对其他有机溶剂也具有较高的耐受性,如体积分数3%异丁醇、体积分数8%乙醇、体积分数4%环己烷和体积分数0.3%甲苯。为进一步阐明了B8菌株丁醇耐受机制,分别对B8菌株和对照菌株E. coli JM109/p HACM^(WT)的生理特性进行了研究。结果显示突变株B8胞内的丁醇含量较对照菌株低55%;且在酸性环境下比对照菌株生长更好;此外Mg^(2+)有助于提高菌株B8的丁醇耐受性。本研究为工业化应用中耐溶剂微生物菌株的构建提供了实验依据和理论基础。

耐受有机溶剂洋葱伯克霍尔德菌ZYB002全细胞脂肪酶酶学性质

一株对多种有机溶剂具有良好耐受能力的产脂肪酶菌株ZYB002经分子鉴定为洋葱伯克霍尔德菌。其产生的细胞结合脂肪酶最适温度为65°C,最适pH为8.0,在低于70°C和pH3-8.5的范围内,全细胞脂肪酶保持稳定。Ca2+、K+、Na+和NO3-等离子对脂肪酶活性有激活作用,而Zn2+有抑制效应。全细胞脂肪酶对正丁醇有较强的耐受能力,但曲拉通X-100对脂肪酶活性有强烈的抑制效应。洋葱伯克霍尔德菌ZYB002全细胞脂肪酶良好的碱稳定性、热稳定性和有机溶剂耐受性,表明该全细胞脂肪酶具有重要的工业应用潜力。

arcA基因提高大肠杆菌对有机溶剂的耐受性

【目的】将来源于恶臭假单胞菌(Pseudomonas putida JUCT1)的基因arc A(编码精氨酸脱亚胺酶)整合到Escherichia coli JM109(DE3)基因组中,以提高该菌对有机溶剂的耐受性。【方法】以P.putida JUCT1的基因组为模板扩增基因arc A,并与p ET-20b(+)连接后导入E.coli JM109(DE3)中,验证该基因提高E.coli JM109(DE3)对有机溶剂的耐受性。利用Red同源重组的方法将arc A整合到E.coli JM109(DE3)基因组中。【结果】E.coli JM109(DE3)/p ET-20b(+)-arc A在添加了2.0%(体积比)环己烷、0.1%(体积比)甲苯、4.0%(体积比)萘烷和0.1%(体积比)丁醇的培养基中培养8 h后,其OD660由初始的0.2分别上升到0.8、0.9、1.8和1.3。将arc A成功整合到E.coli JM109(DE3)基因组中,获得了具有较好遗传稳定性的溶剂耐受E.coli JM109(DE3)宿主菌株。【结论】外源基因arc A能提高大肠杆菌菌株的有机溶剂耐受性,为工业化应用中耐溶剂微生物菌株的构建提供了实验依据和理论基础。

4株苯系物降解菌菌株的筛选鉴定、降解特性及其降解基因研究

分别以苯、甲苯为碳源，从厦门污水处理厂活性污泥中富集筛选获得了2株苯降解菌B1、B2和2株甲苯降解菌J2、J6。16S rRNA基因鉴定结果表明B1、J2属于假单胞菌属（Pseudomonas sp．），B2、J6属于不动杆菌属（Acinetobacter sp．）。研究表明，这些菌在pH7～10的碱性范围内能很好生长。在以0．1％（V／V）苯或甲苯为唯一碳源的无机盐培养基中，B1、B2菌在72小时内对苯的降解率分别为67．7％、94．2％，J2、J6菌对甲苯的降解率分别为92．4％、84．8％。简并PCR扩增、序列分析表明，这些菌含有相同的苯双加氧酶基因，表明苯降解基因在这些降解菌中可能存在水平转移。此外，J2，J6两株菌还含有甲苯双加氧酶基因，而且J2能在甲苯浓度为70％（V／V）的LB培养基中生长。这些降解菌在苯、甲苯污染的生物治理中有应用前景。

芽胞杆菌(Bacillus sp.)YX-1耐有机溶剂葡萄糖脱氢酶的基因克隆与酶学性质

【目的】从芽胞杆菌(Bacillus sp.)YX-1基因组中克隆出一种有机溶剂耐受型的葡萄糖脱氢酶基因,实现了该基因在大肠杆菌中的高效表达,研究了重组蛋白的酶学性质。【方法】依据芽胞杆菌属中葡萄糖脱氢酶氨基酸序列的保守性,设计合理引物,钓取来源于Bacillus sp.YX-1的葡萄糖脱氢酶基因,构建诱导型表达载体pET28a-gdh,于大肠杆菌中进行表达。镍柱亲和层析法纯化重组蛋白,考察了重组蛋白的酶学性质。【结果】葡萄糖脱氢酶基因全长为786 bp,编码261个氨基酸。酶学研究结果表明:该酶最适反应温度为45℃,最适pH值为8.0;具有良好的有机溶剂耐受性,于50%的辛烷、环己烷、癸烷中室温放置1 h后,酶活仍能保持90%以上;具有较宽的底物谱,对多种糖均具有一定的催化活性,其中催化D-葡萄糖的活力最高,产生还原型辅酶因子;对辅酶NADH和NADPH具有相似的依赖性,对NAD+和NADP+的催化比活分别为8.37 U/mg和8.62 U/mg。【结论】利用生物信息学成功地挖掘出Bacillus sp.YX-1一种耐有机溶剂的葡萄糖脱氢酶,为氧化还原酶在有机相反应中的的辅酶再生循环提供了新型的生物催化剂。

1株产嗜热酯酶菌株的分离、鉴定及酯酶部分酶学性质分析

为从土壤环境中分离筛选产嗜热酯酶的菌株,利用三丁酸甘油酯筛选培养基,从沼气堆肥发酵周边的土壤中筛选到1株产酯酶的菌株YJ 1-1,根据其形态特征、生理生化特征及16S r DNA序列分析,初步确定为嗜麦寡养单胞菌(Stenotrophomonas maltophilia)。菌株YJ 1-1生产的酯酶在以对硝基苯酚丁酸酯为底物时,酶活性最高(2. 87 U/mg),其最适反应温度为75℃,最适反应pH为7. 0,且该酶表现出极强的温度稳定性和有机溶剂耐受性,75℃处理12 h,其酶活性没有明显的变化,70%(体积分数)的甲醇、二甲基甲酰胺、丙三醇、正丙醇、二甲基亚砜、乙醇、异丙醇和丙酮等有机溶剂对酯酶活性均有激活作用,分别使酯酶活性提高了2. 30、4. 65、2. 05、1. 30、5. 02、1. 74、1. 09和2. 12倍。上述特征使得该酯酶可应用于工业生产过程中。

Burkholderia cepacia中具有解脂作用的胆固醇酯酶的酶学特性

为了更好地应用于工业领域,系统研究Burkholderia cepacia ZWS15胆固醇酯酶(EC 3.1.1.13 cholesterol esterase,CHE)的酶学特性。通过DEAE离子交换从该菌发酵液中获得一种CHE,并探讨其有机溶剂与表面活性剂耐受性,以及底物水解特性。CHE在pH 5.5~9.0保持稳定,最适反应温度为40℃,在70℃温育2 h仍能保留70%以上的酶活,具有显著耐热性;在50%(体积分数)有机溶剂或5%(体积分数)表面活性剂存在下也具有较高酶活。飞行时间质谱鉴定该酶分子质量为37 kDa,其与胆固醇酯酶(源于洋葱伯尔霍尔德菌,Burkholderia cepacia)及脂肪酶(源于假单胞菌属,Pseudomonas sp.)具有较高匹配度。与商品化酶相比,CHE不仅具有胆固醇酯酶活性(对长链胆固醇酯类底物有明显偏好性),还具有解脂功能(可作用于三酰基甘油酯及对硝基苯酯)。该酶的优良性能可为其在食品、诊断、制浆造纸等领域的工业应用提供参考与借鉴。