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文章來源：南開大學(xué)在職研究生 已幫助：881人
近日，南開微生物菌種分子改造研究領(lǐng)域獲得進(jìn)展。論文《Recruiting a new strategy to improve levan production in Bacillus amyloliquefaciens》9月8日在線發(fā)表于Nature出版集團(tuán)《Scientific Reports》(影響因子：5.578)，《Improved poly-γ -glutamic acid production in Bacillus amyloliquefaciens by modular pathway engineering》 9月26日在線發(fā)表于本領(lǐng)域高水平刊物《Metabolic Engineering》(影響因子：6.767)。
博士生馮俊是兩篇論文的作者，通訊作者分別是分子微生物與技術(shù)教育部重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室所屬環(huán)境微生物與微生物制造研究室宋存江教授和生物活性材料教育部重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室所屬生物材料結(jié)構(gòu)與功能研究室王淑芳教授。十幾年來，兩研究室組成的生物材料微生物合成與應(yīng)用研究Group致力于生物材料的微生物合成和理化性質(zhì)表征及其應(yīng)用的理論與產(chǎn)業(yè)化應(yīng)用研究。
論文《Recruiting a new strategy to improve levan production in Bacillus amyloliquefaciens》于9月8日在線發(fā)表。低聚果糖是一種重要的生物聚合物，在食品和醫(yī)藥方面有著廣泛的應(yīng)用，是對人體腸道菌群具有積極作用的益生元。為了提高果聚糖產(chǎn)量，項(xiàng)目組依次敲除了生物被膜重要基質(zhì)蛋白基因tasA,六個胞外蛋白酶基因(bpr, epr, mpr, vpr, nprE以及aprE)以及聚谷氨酸合成酶基因簇pgsBCA。最終得到的NK-Q-7 (ΔtasA, Δbpr, Δepr, Δmpr, Δvpr, ΔnprE, ΔaprE and ΔpgsBCA))菌株果聚糖搖瓶產(chǎn)量為31.1 g/L較對照菌株NK-ΔLP (ΔpgsBCA) (15.3 g/L)提高了103%。另外，檢測發(fā)現(xiàn)NK-Q-7菌株的淀粉酶產(chǎn)量較對照菌株也提高了94.1%。這是次報(bào)道通過缺失細(xì)菌胞外蛋白酶以及TasA蛋白來提高細(xì)菌果聚糖產(chǎn)量。同時得到的NK-Q-7菌株展現(xiàn)出較好的特性可用于胞外蛋白生產(chǎn)以及胞外蛋白相關(guān)產(chǎn)物的合成。項(xiàng)目組進(jìn)一步采用五升四聯(lián)罐發(fā)酵合成低聚果糖，獲得了43.34 g/L的產(chǎn)量，其突出的特征在于，自發(fā)酵液中一次分離純化便可獲得純度高于98%的低聚果糖，具有極高的產(chǎn)業(yè)化的意義。相關(guān)的技術(shù)已經(jīng)申報(bào)了中國發(fā)明專利，該產(chǎn)品的中試放大實(shí)驗(yàn)研究正在與企業(yè)接洽中。
論文《Improved poly-γ -glutamic acid production in Bacillus amyloliquefaciens by modular pathway engineering》通過代謝改造γ-PGA合成相關(guān)代謝網(wǎng)絡(luò)：副產(chǎn)物合成，γ-PGA降解，谷氨酸前體合成，γ-PGA合成以及自誘導(dǎo)因子合成，構(gòu)建了一株γ-PGA產(chǎn)量提高的解淀粉芽孢桿菌工程菌。該研究首先在解淀粉芽孢桿菌NK-1出發(fā)菌株的基礎(chǔ)上敲除了胞外多糖合成基因簇epsA-O，果聚糖合成基因簇sac，脂多糖合成相關(guān)基因lps，乙酸合成相關(guān)基因pta，得到NK-E7菌株產(chǎn)量較野生型有微小提高從3.8提高到4.15 g/L。然后在NK-E7菌株基礎(chǔ)上敲除γ-PGA降解酶基因pgdS以及細(xì)胞壁水解酶基因cwlO，得到NK-E10菌株產(chǎn)量從4.15提高到9.18 g/L。在NK-E10菌株的基礎(chǔ)上敲除細(xì)胞自誘導(dǎo)因子合成基因luxS，聚谷氨酸產(chǎn)量從9.18提高到9.54 g/L。通過人工設(shè)計(jì)合成的sRNA對谷氨酸利用途徑關(guān)鍵基因進(jìn)行抑制表達(dá)。實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)當(dāng)谷氨酸脫氫酶基因rocG抑制時，菌株NK-anti-rocG的γ-PGA產(chǎn)量最高達(dá)到11.04 g/L。利用5-L發(fā)酵罐對NK-anti-rocG菌株進(jìn)行補(bǔ)料分批發(fā)酵實(shí)驗(yàn)，菌株在發(fā)酵54 h時產(chǎn)量最高達(dá)到20.3 g/L。這是首次報(bào)道利用系統(tǒng)代謝工程策略提高γ-PGA產(chǎn)量的文章。本實(shí)驗(yàn)采用的代謝策略也可用于其它工程菌株改造用于生產(chǎn)其它重要代謝產(chǎn)物。相關(guān)的技術(shù)已經(jīng)獲得中國發(fā)明專利，該產(chǎn)品的中試放大正在和業(yè)內(nèi)企業(yè)商討對接中。
兩篇論文得到了國家973項(xiàng)目、國家自然科學(xué)基金項(xiàng)目和國家重點(diǎn)支撐項(xiàng)目的資助。
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