谷氨酸棒状杆菌果糖代谢阻断工程菌的构建

谷氦酸棒状杆菌不仅可以利用葡萄糖和果糖作为碳源进行糖类代谢,也可以利用这些碳源作为底物生产葡萄糖酸、甘露醇及山梨醇等产品。为了提高底物利用率和目的产物的积累量,利用代谢工程阻断糖类代谢的磷酸烯醇式丙酮酸一糖磷酸转移酶系统(phosphoenolpyruvate carbohydrate phosphotransferase system,PTS)和失活相应磷酸激酶。是实现此目标的有效手段。本实验利用同源重组和反向筛选等技术手段,分别获得ptsF单基因缺失工程菌CG△ptsF和ptsF、ptsH、ptsI三基因缺失工程菌CG△ptsF△ptsH△ptsI。工程菌的生长情况研究表明:在以葡萄糖为唯一碳源的培养基上,工程菌CG△ptsF和工程菌CG△ptsF△ptsH△ptsI与野生型生长情况基本一致,说明葡萄糖代谢不受3个基因影响;在以蔗糖为唯一碳源的培养基上,工程菌CG△ptsF和工程菌CG△ptsF△ptsH△ptsI的生长速率分别是野生型的48.4%和29.7%,菌体浓度分别是野生型的61.6%和34.1%;在以果糖为唯一碳源的培养基上,工程菌CG△ptsF菌体浓度是野生型43.2%,工程菌CG△ptsF△ptsH△ptsI生长为0,证明其完全阻断了果糖代谢,同时说明果糖的PTS系统受ptsF、ptsH和ptsI基因编码的PTS相关蛋白的联合控制。果糖代谢阻断工程菌的获得,为进一步构建以果糖原型为底物的甘露醇或山梨醇生产工程菌株提供了遗传资源,也为谷氦酸棒状杆菌的糖类代谢研究提供了理论依据。

顺磁核磁共振技术研究蛋白质遭遇复合物的动态结构

蛋白质依靠短程相互作用识别配体蛋白进而行使生物学功能,其相互作用界面仅占据蛋白质总表面积的一部分.因此,蛋白质与配体蛋白需要形成一系列遭遇复合物系综结构来减少构象搜索空间以加快结合速度.由于遭遇复合物在溶液体系中存在时间短、丰度低,因而很难被传统结构生物学技术捕捉到.本文选用组氨酸磷酸载体蛋白(HPr)和酶II(EIIAGlc)复合物为研究体系,采用顺磁弛豫增强(Paramagnetic Relaxation Enhancement,PRE)技术对遭遇复合物的系综结构及动力学性质进行表征,并用分子动力学模拟方法对实验结果进行验证,发现HPr在溶液体系中首先与EIIAGlc在3个方向上形成遭遇复合物,进而促进特异性复合物的形成.该方法不仅能够在溶液体系中观察遭遇复合物系综结构,还有望应用于生物大分子领域,揭示蛋白质在复杂生理网络中的相互作用机制及动力学行为.

大肠杆菌ptsHI-crr基因的敲除及其对苯丙氨酸生产的影响

L-苯丙氨酸(L-phenylalanine)是重要的食品和医药中间体。利用大肠杆菌发酵葡萄糖生产苯丙氨酸时,对葡萄糖转运起重要作用的磷酸烯醇丙酮酸糖磷酸转移酶系统(PTS)对苯丙氨酸产量有很大影响。由ptsHI-crr操纵子编码的磷酸组氨酸载体蛋白(HPr),酶I(EI)和酶IIAGlc是PTS的必要组分,通过敲除ptsHI-crr得到PTS缺陷菌株,可以使葡萄糖代谢更多地流向苯丙氨酸生物合成。采用Red同源重组技术将大肠杆菌染色体上的ptsHI-crr基因替换为四环素抗性基因,得到PTS缺陷菌株。该菌株在以葡萄糖为惟一碳源的培养基中摇瓶培养,菌密度为对照菌株的2.7倍,苯丙氨酸产量为对照菌株的6.3倍。

植物乳杆菌IID基因突变株的构建及对IIa类细菌素敏感性分析

采用同源重组技术,对IIa类植物乳杆菌素LB-B1敏感的植物乳杆菌WQ0815中甘露糖磷酸转移酶系统(ElltMan)中的IID组分进行突变,利用牛津杯法分析了植物乳杆菌WQ0815 IID组分突变前后对植物乳杆菌素LB-B1的敏感性变化。结果表明,突变株对植物乳杆菌素LB-B1产生抗性,说明敏感菌株中ElltMan的IID组分是植物乳杆菌素LB-B1发挥抑菌作用时的结合位点。

hprK基因敲除及对其枯草芽孢杆菌核黄素发酵的影响

枯草芽孢杆菌在葡萄糖丰富的环境中,胞内糖分解代谢物浓度的提高将引起碳分解代谢物阻遏效应(CCR)及糖吸收的抑制,对核黄素等发酵过程产生不利影响。通过缺陷细胞的分解代谢物控制蛋白A(CcpA)可以解除CCR效应,但不能解除糖吸收的抑制。磷酸烯醇式丙酮酸-糖磷酸转移酶系统(PTS)是枯草芽孢杆菌主要的糖吸收方式,HPr蛋白和双功能的HPr激酶/HPr-Ser46-P磷酸酶(HprK/P)参与PTS系统的调控。在葡萄糖丰富的条件下,HprK/P的激酶活性受1,6-二磷酸果糖激活,催化HPr蛋白46位丝氨酸残基磷酸化,形成HPr-Ser46-P。HPr-Ser46-P抑制某些碳源透过酶基因的表达;同时HPr-Ser46-P难以被酶Ⅰ在His15磷酸化,不能在PTS系统中发挥转移磷酸基团的作用,使细胞的糖吸收受到抑制。在CcpA缺陷的背景下,敲除核黄素生产菌株B.subtilis24A1/pMX45的HprK/P编码基因hprK,构建了CcpA和HprK/P双缺陷的重组菌B.subtilisZHc/pMX45。摇瓶发酵显示,B.subtilisZHc/pMX45核黄素发酵的最适葡萄糖浓度由24A1/pMX45的8%提高到10%;核黄素产量达到4.374mg/mL,比24A1/pMX45提高了19.2%。结果表明,CcpA和HprK/P的双缺陷可有效解除高浓度葡萄糖所引起的CCR效应和糖吸收抑制,有助于提高细胞对葡萄糖的耐受力,并提高核黄素产量。