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基于代谢组学的白黄链霉菌TD-1高产帕马霉素代谢机制

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食品科学技术学报 2024年第4期42卷 114-124页

作者：刘秀雨李丽李王强丁文涛刘欢欢李贞景路来风郭庆彬王昌禄天津科技大学食品科学与工程学院天津300457 天津科技大学省部共建食品营养与安全国家重点实验室天津300457

真菌毒素给食品安全带来了重大威胁,帕马霉素对病原真菌有良好的生物抑菌活性。为提高帕马霉素产量,基于代谢组学分析方法,研究了白黄链霉菌(Streptomyces alboflavus)T D-1在两种不同发酵培养基(添加与不添加1,2-丙二醇)中生长及代谢... 详细信息

真菌毒素给食品安全带来了重大威胁,帕马霉素对病原真菌有良好的生物抑菌活性。为提高帕马霉素产量,基于代谢组学分析方法,研究了白黄链霉菌(Streptomyces alboflavus)T D-1在两种不同发酵培养基(添加与不添加1,2-丙二醇)中生长及代谢、胞内代谢产物及代谢通路的差异,对代谢产物的变化进行了评估和分析,结合显著差异代谢产物含量变化与代谢通路的交互关系,揭示了帕马霉素生物合成的高产机理。结果表明:培养基添加1,2-丙二醇后,白黄链霉菌T D-1产帕马霉素产量明显提高。利用气相色谱-质谱联用技术,鉴定出27种显著差异胞内代谢产物与帕马霉素生物合成密切相关,主要参与中心碳代谢、氨基酸代谢及脂肪酸代谢通路。此外,通过采用添加主要显著差异前体物策略,添加谷氨酸使帕马霉素产量提高102.33%。基于代谢组学分析确定添加前体物方法,可有效提高帕马霉素产量。本研究旨在为防治粮食加工食品的黄曲霉及黄曲霉毒素污染,从源头保障食品安全提供技术参考。

关键词：帕马霉素代谢组学白黄链霉菌T D-1 1,2-丙二醇前体物

不同凝胶化程度马铃薯淀粉的体外发酵特性研究

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中国食品学报 2024年第2期24卷 1-10页

作者：王书军王乾王绍康天津科技大学食品营养与安全国家重点实验室天津300457

虽然天然B型晶体结构的淀粉是一种2型抗性淀粉,但是绝大多数在食用前都要经过不同程度的热加工,导致其酶抗性显著下降。在一定的条件下,即使是易被酶水解的淀粉也有可能会逃脱小肠的消化进入结肠而被微生物利用,然而易消化淀粉进入结肠... 详细信息

虽然天然B型晶体结构的淀粉是一种2型抗性淀粉,但是绝大多数在食用前都要经过不同程度的热加工,导致其酶抗性显著下降。在一定的条件下,即使是易被酶水解的淀粉也有可能会逃脱小肠的消化进入结肠而被微生物利用,然而易消化淀粉进入结肠中对肠道菌群和人体健康的影响还未被关注。本研究通过精准控制水分含量和加热温度制备出不同凝胶化程度(DG)的马铃薯淀粉样品,通过体外粪便发酵试验明确其产气量、短链脂肪酸产量、肠道菌群组成等发酵特性。试验结果表明:在发酵前半阶段(0~12 h),产气量从低凝胶化程度淀粉样品(DG16)的9.8 mL增加到高凝胶化程度淀粉样品(DG100)的14 mL,乙酸和丙酸的产量也随着凝胶化程度的增加而逐渐增加,高凝胶化淀粉样品(DG100)的乙酸(67.26 mmol/L)和丙酸产量(61.19 mmol/L)显著高于低凝胶化淀粉样品(DG16,乙酸41.29 mmol/L,丙酸21.27 mmol/L);中、低凝胶化程度的马铃薯淀粉组(DG16、DG49)在发酵结束时具有最高的丁酸产量,这与发酵过程中罗斯氏菌属、毛螺菌科和布劳特氏菌属等菌群的增殖有关;中、高凝胶化程度淀粉组(DG49、DG65和DG76)在发酵结束时促进了巨单胞菌属的增殖,产生较高的乙酸和丙酸。结论:能够促进丁酸菌增殖及具有良好丁酸生成能力的低、中凝胶化程度的马铃薯淀粉(DG16、DG49)具有改善结肠健康的功能。

关键词：马铃薯淀粉凝胶化程度发酵特性短链脂肪酸肠道菌群

木葡糖酸醋杆菌运动相关基因的敲除及对细菌纤维素合成的影响

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生物工程学报 2024年第6期40卷 1856-1867页

作者：刘嘉恒王旭彭昭君辛波钟成天津科技大学食品营养与安全国家重点实验室天津300457 天津科技大学教育部工业发酵微生物重点实验室天津300457

细菌纤维素(bacterial cellulose,BC)是由细菌合成的高分子生物聚合物,具有持水性高、结晶度高、纯度高等优良特性,广泛应用于食品、医疗、化妆品和功能膜等领域。木葡糖酸醋杆菌(Komagataeibacter xylinus)是BC合成研究的模式菌株。在... 详细信息

细菌纤维素(bacterial cellulose,BC)是由细菌合成的高分子生物聚合物,具有持水性高、结晶度高、纯度高等优良特性,广泛应用于食品、医疗、化妆品和功能膜等领域。木葡糖酸醋杆菌(Komagataeibacter xylinus)是BC合成研究的模式菌株。在细菌中,运动相关基因与BC合成有关,而在木葡糖酸醋杆菌CGMCC2955中,尚不清楚运动相关基因的功能及其对BC合成的影响。本研究利用λ-Red重组系统敲除细菌运动相关基因motA、motB、mot2A,以此构建了敲除菌株K.x-ΔmotA、K.x-ΔmotB、K.x-Δmot2A及双敲菌株K.x-ΔmotAB。结果表明:敲除菌K.x-ΔmotAB的BC产量最高,达到(5.05±0.26)g/L,与野生型菌株相比,提高24%左右;同时,该菌株合成的BC的孔隙率最低,达到了54.35%,并具有更优越的力学性能,杨氏模量可达5.21 GPa。在木葡糖酸醋杆菌CGMCC 2955中敲除运动相关基因之后,并未降低BC的产量,反而促进了BC的合成,进一步加深了醋酸菌中运动性与BC关系的认知;并且敲除motA和motB基因后,降低了BC的孔隙率并提升了BC的力学性能,为BC合成及膜结构调节改造提供了参考。

关键词：木葡糖酸醋杆菌细菌纤维素运动相关基因基因敲除

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大肠杆菌肌苷酸节点代谢优化高效合成肌苷

食品与发酵工业 2024年第4期50卷 44-50页

作者：刘铁重高志强侯德欣谢希贤吴鹤云天津科技大学生物工程学院天津300457 工业发酵微生物教育部重点实验室(天津科技大学) 天津300457

该研究以产肌苷的大肠杆菌INO4-5为出发菌,针对其发酵过程中副产物含量高、肌苷产量低以及需要额外添加腺嘌呤等问题,对肌苷酸节点代谢流进行了优化。首先使用不同启动子和核糖体结合位点对枯草芽孢杆菌来源的purA_(bsu)基因进行了表达... 详细信息

该研究以产肌苷的大肠杆菌INO4-5为出发菌,针对其发酵过程中副产物含量高、肌苷产量低以及需要额外添加腺嘌呤等问题,对肌苷酸节点代谢流进行了优化。首先使用不同启动子和核糖体结合位点对枯草芽孢杆菌来源的purA_(bsu)基因进行了表达,以强化腺苷合成支路,使菌株5 L发酵罐上的肌苷产量达到了29.5 g/L,且无需额外添加腺嘌呤。接着通过替换guaB基因的原有启动子以弱化鸟苷合成支路,并过表达guaC基因促使鸟苷酸回流至肌苷酸,使菌株副产物含量显著降低且肌苷产量提升至35.1 g/L;最后对不同5′-核苷酸酶进行了筛选和强化,发现引入来自酿酒酵母的特异性5′-核苷酸酶基因(introduction of specific 5′-nucleotidase gene,ISN1)可有效促进肌苷生产。最终所得菌株INO7-6在5 L发酵罐上发酵,肌苷产量为41.2 g/L,转化率为0.17 g/g葡萄糖,生产强度为0.86 g/(L·h),为目前报道的基因工程菌株的最高产量。

关键词：肌苷肌苷酸大肠杆菌代谢工程发酵

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代谢工程改造大肠杆菌生产胸苷

生物工程学报 2024年第8期40卷 2432-2443页

作者：姚卓越李然蒋帅吴鹤云马倩谢希贤天津科技大学生物工程学院天津科技大学工业发酵微生物教育部重点实验室

胸苷作为抗艾滋病药物(叠氮胸苷和司他夫定)的关键前体物，在医药行业具有很大的应用潜力。本研究以野生型大肠杆菌(Escherichiacoli)MG1655为底盘微生物，采用系统代谢工程策略重构大肠杆菌中胸苷合成途径，构建了一株高效合成胸苷的... 详细信息

胸苷作为抗艾滋病药物(叠氮胸苷和司他夫定)的关键前体物，在医药行业具有很大的应用潜力。本研究以野生型大肠杆菌(Escherichiacoli)MG1655为底盘微生物，采用系统代谢工程策略重构大肠杆菌中胸苷合成途径，构建了一株高效合成胸苷的工程菌株。首先，依次敲除deoA、tdk、udp、rihA、rihB、rihC基因，以阻断胸苷的分解途径和补救途径；随后，引入来源于枯草芽孢杆菌(Bacillussubtilis)F126的嘧啶核苷操纵子基因，以增强前体物尿苷酸合成途径代谢通量；最后，依次优化胸苷合成途径中尿苷酸激酶、核糖核苷二磷酸还原酶、胸苷酸合酶和5′-核苷酸酶的表达，以强化尿苷至胸苷合成途径代谢通量。所构建的THY6-2工程菌株在5 L分批补料发酵试验中胸苷产量为11.10g/L、转化率为0.04g/g葡萄糖、生产强度为0.23g/(L·h)。本研究构建了以葡萄糖为唯一碳源且不携带质粒的高效合成胸苷工程菌株，为其他嘧啶核苷类产品的研发提供了借鉴。

关键词：胸苷大肠杆菌代谢工程从头合成途径

海水pH对赫氏颗石藻和中肋骨条藻二甲基硫化物生物生产的影响

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海洋与湖沼 2024年

作者：陈子玉鉴珊天津科技大学海洋与环境学院天津科技大学天津市海洋资源与化学重点实验室

二甲基硫(dimethyl sulfide， DMS)作为一种反温室气体，在海洋硫循环中发挥着重要作用。目前，海洋酸化对DMS生物生产的影响仍存在争议。通过对常见藻种赫氏颗石藻和中肋骨条藻进行酸化模拟培养实验，探究了海水pH变化对DMS、二甲基巯... 详细信息

二甲基硫(dimethyl sulfide， DMS)作为一种反温室气体，在海洋硫循环中发挥着重要作用。目前，海洋酸化对DMS生物生产的影响仍存在争议。通过对常见藻种赫氏颗石藻和中肋骨条藻进行酸化模拟培养实验，探究了海水pH变化对DMS、二甲基巯基丙酸内盐(dimethylsulfoniopropionate， DMSP)和二甲基亚砜(dimethyl sulfoxide， DMSO)生物生产的影响。结果表明，pH 7.9和pH 7.7两组赫氏颗石藻的细胞丰度、比生长速率、DMS、DMSP、DMSO、单细胞DMS、单细胞DMSP和单细胞DMSO在4～10 d时显著低于pH 8.1组(P0.05)。Pearson相关性分析结果显示，赫氏颗石藻和中肋骨条藻的生物量和二甲基硫化物均存在显著相关性(P<0.05)，而且赫氏颗石藻二甲基硫化物之间的相关性相比中肋骨条藻较弱。由此可见，海水pH降低对赫氏颗石藻的生长及其二甲基硫化物生产释放的影响较大，对中肋骨条藻的影响相对较小。该研究结果有助于深入认识全球气候变化背景下海洋硫排放的变化趋势。

关键词：海洋酸化二甲基硫化物赫氏颗石藻中肋骨条藻

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重组大肠杆菌全细胞催化制备假尿苷

生物工程学报 2024年第3期40卷 799-811页

作者：王倩倩刘亚琦屈琰刘欢高歌徐庆阳陈宁范晓光天津科技大学生物工程学院天津300457 天津科技大学工业发酵微生物教育部重点实验室天津300457

假尿苷是非编码RNA中含量最多的修饰核苷,在生物和医药领域用途广泛。现有的假尿苷制备方法普遍存在步骤繁琐、生产效率低、生产成本高等缺点。本研究在大肠杆菌中设计了新颖的酶级联反应路线,并实现了全细胞催化尿苷制备假尿苷。首先,... 详细信息

假尿苷是非编码RNA中含量最多的修饰核苷,在生物和医药领域用途广泛。现有的假尿苷制备方法普遍存在步骤繁琐、生产效率低、生产成本高等缺点。本研究在大肠杆菌中设计了新颖的酶级联反应路线,并实现了全细胞催化尿苷制备假尿苷。首先,质粒过表达内源的假尿苷-5-磷酸糖苷酶、核糖激酶和核糖核苷水解酶,构建出尿苷到假尿苷的代谢途径,实现了假尿苷的积累;然后,筛选内源的高活性核糖核苷水解酶,促进了尿苷的水解,为假尿苷的合成提供了更多前体;接着,对底物与产物的转运途径进行改造,提升假尿苷产量的同时避免了副产物尿苷的积累。最终获得的重组菌株Ψ-7在24 h内可以全细胞催化30 g/L尿苷产生27.24 g/L假尿苷,转化率为90.8%,生产效率为1.135 g/(L·h),假尿苷产量和生产效率为现有酶催化法报道的最高值。

关键词：假尿苷大肠杆菌全细胞催化假尿苷-5-磷酸糖苷酶核糖激酶核糖核苷水解酶

功能菌对石油烃降解及微生物群落结构变化的影响

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环境科学与技术 2024年第9期47卷 1-12页

作者：杜晓蕊李海明张翠霞张肖李梦娣苏思慧天津科技大学理学院天津300457 天津科技大学滨海地下水利用与保护实验室天津300457 天津科技大学海洋与环境学院天津300457

该研究以天津地区某污染场地为依托,利用筛选得到的石油烃降解功能菌,设计了加菌组和对照组2根土柱对比试验。通过检测石油烃、HCO3-、CO32-的浓度,结合16S高通量测序探讨了功能菌对石油烃降解的影响,对比分析了反应前后的微生物群落结... 详细信息

该研究以天津地区某污染场地为依托,利用筛选得到的石油烃降解功能菌,设计了加菌组和对照组2根土柱对比试验。通过检测石油烃、HCO3-、CO32-的浓度,结合16S高通量测序探讨了功能菌对石油烃降解的影响,对比分析了反应前后的微生物群落结构并对测序结果进行功能预测。结果发现,功能菌的加入对石油烃的降解效果较为显著。柱内物种组成情况表明功能菌的加入改变了土柱内的微生物群落多样性,促进了脱硫杆菌门的增长,抑制了放线菌门的繁殖。Desulfoprunum主要存在于在2组试验的进水口,推测在2组试验的进水端均存在着硫酸盐还原反应,Thermincola在加菌组出水口的相对丰度较高,加菌组伴随着强烈的反硝化、铁还原反应。α多样性分析表明2组试验出水口的微生物群落多样性较高,β多样性分析则表明微生物群落结构可能与试验柱的空间位置有关。此外,生态网络分析发现变形菌门为试验的关键菌门,功能菌的加入促进了物种间的协同合作关系,PICRUSt2功能预测分析结果表明功能菌的加入仅增强了进水口中bamB、bamC和出水口中的badA、badDEFG的丰度。

关键词：地下水石油污染生物强化生物多样性功能预测

核酸切除修复途径相关基因对酿酒酵母耐受性的影响

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食品与发酵工业 2024年第12期50卷 109-117页

作者：刘玲王玥琦刘治国王金晓林良才张翠英天津科技大学工业发酵微生物教育部重点实验室天津300457 天津科技大学生物工程学院天津300457

酿酒酵母在工业发酵过程中会受到多种环境压力,包括氧化、高温、酸、乙醇及高渗等,因此选育高耐性酿酒酵母对工业生产具有重要意义。微生物中DNA重组酶、核酸修复酶等与核酸修复相关的蛋白与菌体对不良环境的耐受性有关。该实验基于核... 详细信息

酿酒酵母在工业发酵过程中会受到多种环境压力,包括氧化、高温、酸、乙醇及高渗等,因此选育高耐性酿酒酵母对工业生产具有重要意义。微生物中DNA重组酶、核酸修复酶等与核酸修复相关的蛋白与菌体对不良环境的耐受性有关。该实验基于核酸切除修复途径,通过基因工程手段,探究酿酒酵母内源核酸切除修复基因(RAD 16、RAD7、RAD23和RAD4)和外源基因(UVRA)对酿酒酵母耐受性的影响。结果表明,过表达酿酒酵母自身核酸切除修复基因RAD16、RAD7、RAD23及RAD4提高了酿酒酵母高渗耐受性。过表达UVRA基因可以提高菌株高渗耐受性,这意味着该元件在真核和原核细胞中存在功能上的保守性。这些结果有助于提高酿酒酵母对环境胁迫尤其是高渗透压环境的耐受性,并为研究酵母耐受性机制提供了新的思路。

关键词：酿酒酵母核酸切除修复基因菌株选育高渗耐受性基因编辑