大肠杆菌合成酪醇代谢途径重构与优化

来源 :江南大学 | 被引量 : 0次 | 上传用户:jwk000
下载到本地 , 更方便阅读
声明 : 本文档内容版权归属内容提供方 , 如果您对本文有版权争议 , 可与客服联系进行内容授权或下架
论文部分内容阅读
酪醇是天然的多酚类化合物,具有抗氧化、抗衰老、降低高原反应、保护神经系统、提高免疫力等多种生理药理功效。由于其优异的生理活性以及在食品与保健品行业展现的巨大潜力,酪醇的需求也日益增加。目前,酪醇的主要制备方法为从植物中提取;但较低的酪醇含量及植物苛刻的生长要求,大大降低了提取的效率;酪醇的产量因此受到了极大的限制。随着微生物代谢工程的发展,酪醇合成途径渐为明晰,改造微生物发酵合成酪醇成为可能。除此之外,研究者发现酪醇也是羟基酪醇等具有重要价值的天然产物的直接前体物质。因此,建立一个高产酪醇的菌株具有重要意义。本文从微生物工厂的角度,在大肠杆菌(Escherichia coli)中引入一条酪醇合成途径,进行酪醇的微生物法合成,本文主要研究内容如下:(1)以E.coli BL21(DE3)为出发菌株,使用组成型启动子过量表达来自拟南芥(Petroselinum crispum)的芳香醛合成酶AAS,使工程菌株积累酪醇105.97 mg·L-1;阻断酪醇代谢途径中的主要分支代谢途径使产量提升至1055.36 mg·L-1。本研究将质粒p RSFDuet-1中的诱导型的T7启动子替换为组成型启动子Pcsp A来过量表达Pc AAS,在引入了酪醇的异源合成途径的同时,也避免了发酵过程中诱导剂的添加。利用CRISPR/Cas9手段敲除途径中的fea B基因,最终在缺失了5个分支代谢途径的6个基因(tyr R、pts G、crr、pyk F、phe A及fea B)的菌株中过量表达上述重组质粒,使酪醇产量提升了895.90%至1055.36 mg·L-1。(2)对酪醇代谢途径中的乙醇脱氢酶进行筛选使产量提升至1516.86 mg·L-1;并基于启动子组合调控策略对途径中的关键酶的表达量进行调节使酪醇产量提升至1810.46 mg·L-1。本研究为进一步强化代谢流,将大肠杆菌(E.coli)来源的乙醇脱氢酶Adh E、Adh P、Yah K及Frm A和酿酒酵母(Saccharomyces cerevisiae)来源的ADH6进行了比较。结果表明,Sc ADH6表现出最适宜酪醇生产的脱氢酶活性,产生了1516.86 mg·L-1酪醇;产量较未过量表达该乙醇脱氢酶提升了43.73%。为使代谢流得到更好地平衡,使用高强度、中强度以及低强度的启动子分别过量表达途径中的关键酶Pc AAS和Sc ADH6;最终发现使用中强度启动子Pcsp A过量表达Pc AAS及Pyje FE低强度启动子过量表达Sc ADH6为最佳组合,酪醇产量提升了19.40%。(3)针对得到的具有酪醇生产能力的工程菌株进行发酵过程优化,使酪醇产量提升至2120.58 mg·L-1,较优化前提升了17.13%。本研究将发酵培养方式(接种量及培养温度)、发酵培养基(碳源浓度、氮源浓度、Ca CO3浓度、Mg2+、Ca2+以及柠檬酸)对产物积累的影响纳入考量;得到了较优的碳源配比,并发现Ca CO3的添加益于酪醇的生产。经探究得到的最优培养基组分为:葡萄糖25 g·L-1,甘油20 g·L-1,(NH4)2SO4 7.5 g·L-1,K2HPO4·3H2O 3 g·L-1,KH2PO42 g·L-1,Mg SO4·7H2O 2.0 g·L-1,柠檬酸钠1.0 g·L-1,维生素B1 0.1 g·L-1,酵母粉7 g·L-1,Ca CO3 5 g·L-1,微量元素营养液1 m L·L-1。研究结果为后续采用发酵法生产酪醇和相关的下游产物奠定了良好基础。
其他文献
浆果,是一类肉质柔软、多汁液水果的总称,富含多种维生素、抗氧化活性物质、人体必需氨基酸、微量元素和水溶性纤维,但由于高含水率特性,采后新鲜浆果容易发生微生物侵染或机械损伤,导致腐烂变质。采用干燥的加工方式是延长浆果货架期的有效方法,随着人们对高品质浆果类干制品需求的提升,开发节能保质的浆果干燥技术尤为重要。真空冷冻干燥能够较好的保留干燥产品的色、香、味、形以及营养组分,但由于效率低、能耗高限制了其
低聚异麦芽糖(isomaltooligosaccharides,IMOs)是葡萄糖单元以至少一个α-1,6糖苷键连接形成的聚合度在2~10之间的寡糖混合物,主要成分是异麦芽糖,异麦芽三糖(isomaltotriose,IG3)和潘糖等。IMOs不易被人体消化酶利用,具有低血糖指数特征,可用于糖尿病患者的健康糖替代品。此外,IMOs还可被肠道益生菌双歧杆菌分解利用,产生短链脂肪酸,抑制肠道有害菌生长
拉格啤酒酵母是我国啤酒酿造的主要菌种。酵母的絮凝为工业生产提供了有效、便利的产物和细胞的分离方式,大幅节约了生产成本,且有助于酵母细胞的回收和再利用。酵母的絮凝受到遗传背景、环境压力等多种因素的影响,调控机制十分复杂。目前,关于拉格酵母在酿造过程中的絮凝调控机理研究尚不充分,不利于酵母絮凝突变株的选育及酿造过程中酵母絮凝行为的控制。论文以工业啤酒酵母G03及其絮凝突变株G03-10和G03-24为
啤酒是世界上第三受欢迎的饮料,仅次于水和茶。中国占全球啤酒产量的两成,其中工业生产的Lager型啤酒占总产量的90%以上。国内啤酒工业在努力提高产品质量的同时,希望能够降低生产能耗。高浓酿造技术对于啤酒工业意义重大,在工业啤酒生产中应用高浓酿造技术可以降低成本、减少排放并节约水资源等。但是高浓酿造亦存在诸多不足,高浓酿造中酵母发酵性能会显著下降,同时啤酒风味物质不呈比例增加。目前对于高浓酿造的研究
纯棉织物因吸湿透气、手感柔软穿着舒适、可降解等优点在服装行业中一直备受消费者关注,但棉织物也存在易起皱变形、洗后需熨烫、不易护理等严重缺陷,影响其服用性能,给人们的生活造成了很多困扰。为使棉织物达到平整、洗后易护理的效果,生产商会对其进行免烫整理,在整理过程中织物的物理机械性能等方面发生了明显的变化,折皱回复角增大的同时,织物强力却发生明显下降,影响织物耐用性。因此,在提高免烫整理效果的同时实现高
D-阿洛酮糖作为一种热量低、口感好并且有多种生理活性的天然代糖产品,近年来市场需求激增。自然界中D-阿洛酮糖含量极其稀少,目前工业上主要利用D-阿洛酮糖3-差向异构酶(D-psicose 3-epimerase,DPE)催化D-果糖发生异构化反应来制备D-阿洛酮糖,其中生产DPE的成本占制备D-阿洛酮糖成本的很大比例。但是现有DPE普遍存在热稳定性差、储存稳定性差等问题,限制了D-阿洛酮糖的进一步
2’-岩藻糖半乳糖(2’-Fucosyllactose,2’FL)是母乳中含量最丰富的一种母乳低聚糖,可选择性地促进双歧杆菌的增殖。目前双歧杆菌对2’FL的利用的研究集中在单一菌株利用2’FL的关键酶基因及利用机制,但缺少对双歧杆菌利用2’FL的种属规律以及可利用2’FL双歧杆菌对于健康宿主影响的相关研究。因此,本文旨在基于表型和基因型的关联性分析,评估并比较不同双歧杆菌利用2’FL的能力并进一步
糙米营养丰富,但食用口感较差,改进糙米的加工方法可提高糙米食品品质。本文将糙米的米糠和白米分开处理,对米糠采用挤压膨化和球磨法微细化,另将白米适当粉碎,再把两者混合制得重组糙米粉,加工成糙米发糕。主要研究了经挤压膨化和球磨后的米糠微粉的物理性质、营养性质和微观结构的变化,并比较了重组糙米粉与整粒粉碎糙米粉、大米粉在糊化性质、热力学性质方面的差异,以及制得的米发糕品质的差异。首先,通过单一球磨、挤压
羊绒纤维是一种稀有的特种动物纤维,因产量稀少且具有纤细柔软和色泽温和等优良的特性,在纺织加工行业具有极大的商业价值。虫卵壳是羊绒纤维中难以去除的生物性杂质,因其对染料亲和性较羊绒纤维更高,且在染色过程中易造成染料堆积,染色后会形成局部斑点的现象,大大降低羊绒织物的品质。本论文建立了多酶复配去除羊绒纤维中虫卵壳杂质的全新方法,以几丁质酶、几丁质结合蛋白、蛋白酶和角质酶构成的复合酶降解体系,在较优降解
β-伴大豆球蛋白是由α′(76k Da)、α(72k Da)和β(54k Da)三个亚基组成的一种重要的大豆抗原蛋白,可引起仔猪和其他动物严重的过敏反应,如腹泻、生长机能下降甚至死亡。亚基三聚体中,β亚基最为稳定,不易去除,是主要的营养抑制剂之一,可用于评价β-伴大豆球蛋白的含量水平。然而,目前并没有有效的方法可对其进行快速检测。因此,本研究拟设计一种高效、稳定、简便的β亚基检测方法用于大豆及其副