ε-聚赖氨酸产生菌筛选及其代谢调控的研究

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ε-聚赖氨酸(ε-PL)主要由白色链霉菌经发酵产生,是一种高效、广谱的同型氨基酸聚合物,能有效地抑制G+、G-、酵母菌和霉菌的生长,是低毒高效抑菌性好的营养型防腐剂。ε-PL作为一种天然的微生物防腐剂,逐渐成为当今食品贮藏保鲜的研究热点。现已证明,添加乙醇刺激条件可以有效提高微生物次级代谢产物。目前还没有添加乙醇刺激影响ε-PL发酵合成的报道,具体的调控机制还不清楚。本论文主要研究内容为:1.利用亚甲基蓝和ε-PL因静电排斥而形成透明圈原理,获得3株ε-PL的产生菌,采用Itzhaki方法复筛后得到产量较高的一株菌X-18。通过对菌株X-18的16S r DNA、gyr B基因序列的测定及建树分析,并结合其形态、生理生化特征,鉴定该菌为白色链霉菌(Streptomyces albulus)。结合其波谱特征对其所产ε-PL进行结构和聚合度鉴定。应用抑菌圈法,探究所产ε-PL对7株供试菌的抑菌能力。根据波谱学特征,并与标准品比对,证实该ε-PL分子聚合度为25-30,抑菌实验显示它对细菌和真菌具有良好的抑制性能。2.以S.albulus X-18为研究对象,通过单因素试验和响应面法优化多聚赖氨酸的发酵培养基,并筛选对ε-PL产生具有正向调控作用的胁迫条件。最佳发酵培养基成分组成为:玉米淀粉20.0 g/L、(NH42SO4 7.5 g/L、酵母粉5.0 g/L、KH2PO40.6 g/L、CaCl20.7 g/L、MgSO4·7H2O 0.5 g/L、Zn SO40.03 g/L、Fe SO40.03 g/L,经过验证,ε-PL产量为1.23 g/L。通过对胁迫条件的筛选,乙醇显示出具有明显的正胁迫效应,在发酵6 h时添加1%乙醇胁迫效应最大,ε-PL产量可提高42.6%。3.研究乙醇胁迫对菌株S.albulus X-18生理生化特征的影响。结果显示:胁迫后菌落形态差异显著,菌落饱满隆起,边缘整齐,菌丝体表面光滑;生物量增长了6.9%,p H略有降低,还原糖利用率提高了85.7%,ε-PL产量提高了37.8%;胞内活性氧浓度可达27.25 U/m L,是对照组2倍;在发酵24 h时,胞内可溶性蛋白含量是对照组的1.75倍;胞内游离氨基酸分析显示,与对照相比,天冬氨酸、天冬酰胺、脯氨酸含量显著提高,赖氨酸含量降低;细胞膜脂肪酸含量变化不显著;ADH的酶活水平始终高于对照组,在48 h后ALDH的酶活高于对照组;PFK的酶活在68 h时实验组明显高于对照组,提高了24.3%;在78 h时,实验组PEPC酶活显著高于对照组,提高了82.7%;在96 h时,HK和PK的酶活显著高于对照组,分别提高了14.1%及66.7%;在110 h时,DHDPS的酶活明显著高于对照组,提高了121.08%。因此,S.albulus X-18受到乙醇胁迫后,通过提高胞内活性氧浓度、可溶性蛋白和部分游离氨基酸的含量,使菌体适应乙醇刺激;EPM途径的限速酶、乙醇氧化、PEPC、DHDPS等酶表达量的提高,有利于草酰乙酸和L-赖氨酸积累,从而提高ε-PL含量。4.应用i TRAQ技术对S.albulus X-18胁迫前后的胞内蛋白组水平差异进行分析,探讨乙醇胁迫的机制。i TRAQ共鉴定到4419个蛋白,共有261个显著差异蛋白,其中显著上调75个,显著下调186个。GO分析和KEGG代谢通路分析显示乙醛脱氢酶的上调,使乙醇代谢流流向乙酰Co A;苹果酸2-异丙酯合酶和3-氧代酰基-[酰基载体蛋白]合酶III的表达水平的改变,使EMP和TCA途径的代谢流更多的转向草酰乙酸天冬氨酸途径;天冬氨酸氧化酶和精氨琥珀酸合酶表达水平的降低,使天冬氨酸的代谢流集中于DAP途径,使L-lys的合成加强。ε-PL合成酶的微量提高和ε-PL降解酶的少量降低,有利于ε-PL的积累。
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