苯乳酸与DNA相互作用及其抑菌机制研究

苯乳酸作为新兴的绿色高效抑菌剂,是传统化学防腐剂的理想替代品,在食品发酵工业方面有着广泛的应用。该研究聚焦于苯乳酸与DNA的相互作用以及在苯乳酸胁迫下的关键基因表达变化。发现苯乳酸能够通过氢键作用与范德华力并以插嵌的方式与DNA相互结合。结合分子对接构建了苯乳酸-ctDNA结合模型,结果表明苯乳酸更倾向于插入DNA的CG碱基对之间。最后通过转录组测序分析了苯乳酸胁迫乳酸片球菌DY15后基因表达变化,发现差异基因富集于细胞壁成分与核酸合成修复方面,说明细胞壁与基因组DNA可能是苯乳酸的主要攻击靶点。乳酸菌酸胁迫应答机制的改变说明精氨酸代谢途径也可能是苯乳酸抑菌过程中的关键靶点,通过抑制基因表达从而降低细菌酸耐受性,进而抑制细菌生长。总而言之,该研究解析了苯乳酸的抑菌机制,为后续苯乳酸作为生物抑菌剂的应用提供了理论支撑。

丙二酸的生物合成及其发酵优化

丙二酸作为一种重要的二元羧酸,广泛应用于多种领域。但目前由于生物法合成丙二酸产量较低,不适合进行工业化生产。为提高丙二酸的生物法合成能力,该文以大肠杆菌BL21(DE3)为底盘细胞,通过过量表达ppc、aspA、panD、sdhC、pa0132及yneI基因,构建了丙二酸生物合成工程菌BL21(PPP)。在摇瓶条件下,对该菌株的发酵条件进行了优化,丙二酸合成量达0.48 g/L,较优化前提高了1倍。同时,该文探究了外源添加生物素及富马酸对丙二酸合成的影响,在添加75μg/L生物素的发酵条件下,丙二酸的产量较对照组提高了32.59%;在添加终质量浓度为8 g/L的富马酸的条件下,该菌株可合成1.2 g/L丙二酸。在5 L发酵罐中,该菌株最高可以合成12.42 g/L的丙二酸。该文实现了丙二酸在大肠杆菌BL21(DE3)中的生物合成,并通过对发酵条件的优化进一步提高了丙二酸的产量,为更进一步提高丙二酸产量奠定了基础。

基于抗原蛋白评价的豆粕菌酶协同发酵研究

β-伴大豆球蛋白是豆粕饲料引起严重过敏反应的主要抗原蛋白,需要有效的发酵来降低或消除其抗原性,然而如何控制发酵终点和评价抗原蛋白含量成为了难题。该文利用纳米金适配体生物传感器,通过测定β-伴大豆球蛋白降解率确定发酵终点,并获得了最优的菌酶协同发酵工艺。最终得到的豆粕产品β-伴大豆球蛋白降解率达到75.27%,氨基酸和有机酸含量显著增加,营养价值和适口性明显提升。该研究利用纳米金适配体传感器解决了豆粕发酵过程中抗原蛋白含量评价和发酵终点控制的难题,为其在发酵豆粕的工业生产应用提供了参考与借鉴。

基于复合诱变选育高抑菌活性植物乳杆菌

为了获得高抑菌性能的乳酸菌,以植物乳杆菌DY6为出发菌株,首先对其进行常压室温等离子体(atmospheric room temperature plasma,ARTP)和亚硝基胍(nitrosoguanidine,NTG)的复合诱变,获得了抑菌活性较强的诱变菌株AN-55、AN-58及AN-68,其抑菌活性分别提高了19.83%、21.91%和18.40%。随后,经遗传稳定性实验发现菌株AN-55的抑菌性能更加稳定,8次传代后其抑菌活性较野生型菌株仍能提高20.51%。与此同时,菌株AN-55的基因组重测序结果表明,plnK、cps4G、pts9D等基因序列的改变可能对提高菌株抑菌活性有重要影响,为植物乳杆菌在天然防腐剂和抗生素替代物的应用奠定了理论基础。

产2,3-丁二醇霍氏肠杆菌的筛选及其发酵优化

2,3-丁二醇是一种非常重要的平台化学品,广泛用于食品、航空和化工等领域。作为当前研究的热点之一,其合成宿主种类相对偏少,限制了2,3-丁二醇的开发利用。该研究以乙偶姻的显色反应为初筛条件,通过大量筛选,获得了一株产2,3-丁二醇的霍氏肠杆菌WM11,OL636379.1,通过摇瓶实验获得最优的发酵培养基,结合最佳的发酵工艺条件降低副产物积累量,最终在72 h通过补料分批发酵获得65.23 g/L的2,3-丁二醇,转化率达到0.41。最后以绿色可再生的玉米芯水解液为碳源,通过两阶段分批补料发酵,2,3-丁二醇的产量在72 h达到42.92 g/L,生产强度达到0.6 g/(L·h)。

植物乳杆菌DY6的生理特性及代谢机制分析

植物乳杆菌(Lactobacillus plantarum)具有优异的益生特性,被广泛应用在发酵食品、饲料和医药等领域中。然而,关于植物乳杆菌的遗传信息和生理代谢特性鲜有报道。为探究植物乳杆菌的生理特性和代谢途径相关分子机制,挖掘重要性状相关的功能基因,该研究利用前期筛选的1株生长速率快、产酸能力强、代谢产物丰富的植物乳杆菌L.plantarum DY6为研究对象,通过与植物乳杆菌模式菌株L.plantarum WCFS1进行详细的生理特性和遗传信息比较,揭示L.plantarum DY6生理特性的分子机制。研究发现,与L.plantarum WCFS1相比,L.plantarum DY6在葡萄糖、果糖和半乳糖代谢中生长活性和产酸性能以及精氨酸、天冬氨酸等代谢方面均具有显著差异。基因组重测序发现,与丙酮酸代谢、碳水化合物代谢和氨基酸代谢等表型差异明显的代谢途径中存在102个突变,包括fruK、ack 1、Idhl 2、sacK、galM、argH和argF等。在此基础上,测定了与产酸直接关联的丙酮酸代谢关键基因的转录水平。发现,L.plantarum DY6的pdhC、ack 1和Idhl 2的相对表达量分别比L.plantarum WCFS1高了20、15和14倍,推测这些基因序列的改变对功能上的差异有重要影响,对进一步理解植物乳杆菌发酵和益生特性相关的分子机制奠定了理论基础。

高热稳定性己糖激酶在大肠杆菌中的表征和表达优化

己糖激酶是血糖检测中的重要诊断试剂,因此对其酶活和热稳定性要求较高。目前国内己糖激酶主要依赖进口,大多是酵母来源酶,其价格昂贵且存在热稳定性较差等问题,限制了国内血糖诊断试剂的开发。因此,当前亟待实现高活性、高热稳定性己糖激酶的高效表达。本研究在大肠杆菌(Escherichia coli)BL21(DE3)中异源表达了一种来源于嗜热菌的ATP依赖型己糖激酶(glucokinase,Glk),发现其对葡萄糖特异性高、依赖Mg2+,最适pH和温度分别为8.5和80℃,在30-37℃下保存7 d后酶活保留90%以上,属于热稳定的偏碱性葡萄糖激酶。随后系统优化了Glk表达的培养基、诱导时机、诱导剂终浓度、诱导温度、诱导时长等因素,优化后Glk表达量相比于优化前提高了4.71倍。Glk纯化后,比酶活达到(43.05±2.00)U/mg,纯度达到95%以上。本研究开发的高热稳定己糖激酶的表达和纯化方法,为突破血糖诊断试剂制备中的短板提供了更多可能性和发展空间。

生物可降解塑料单体二元羧酸的生物合成研究进展

塑料是最重要的聚合物材料之一,需求量巨大,但存在处理困难、污染大等缺点。环境友好型的生物可降解塑料有望成为目前塑料的替代品,以满足社会各界对于塑料制品日益增长的需求。二元羧酸是生物可降解塑料中重要的单体之一,可降解性强,应用广泛,并且可以通过全生物法合成。因此,本文重点选取了几种比较有代表性的二元羧酸,总结它们的生物合成途径以及其代谢改造手段,以期为中长链等复杂二元羧酸的生物法合成提供借鉴。