高产α-乙酰乳酸脱羧酶重组枯草芽孢杆菌的构建及其发酵优化

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α-乙酰乳酸脱羧酶(α-acetolactate decarboxylase,α-ALDC,EC.4.1.1.5)能催化双乙酰(diacetyl)的前体物α-乙酰乳酸快速脱羧形成乙偶姻,避免双乙酰的生成,在啤酒等食品发酵行业具有广泛应用。本研究从自然界分离筛选出两株α-ALDC生产菌,克隆α-ALDC基因并构建重组大肠杆菌和重组枯草芽孢杆菌进行过量表达,研究了枯草芽孢杆菌表达体系所得纯酶的酶学性质,优化放大了重组枯草芽孢杆菌的发酵产酶条件,最终达到高效产酶且更适合工业应用的目的。从自然界分离得到80株V.P试验阳性菌,经平板初步筛选和摇瓶发酵,得到15株产α-ALDC菌株。进一步复筛,得到两株高产α-ALDC菌株,经生理生化鉴定及16S rRNA序列分析,确定为Staphyloccocus aureus L3-15和Bacillus subtilis L5-20。构建重组大肠杆菌,表达了两个不同来源的α-ALDC基因。结果显示,来源于S.aureus L3-15的基因Saald大小为705bp,构建的重组大肠杆菌E. coliBL21/pET-28a(+)-Saald表达的α-ALDC总酶活为22.3U/mL,比出发菌提高了52倍;来源于B. subtilis L5-20的基因BsalsD大小为768bp,构建的重组大肠杆菌E. coliBL21/pET-28a(+)-BsalsD表达的α-ALDC总酶活为18.5U/mL,比出发菌提高了53倍。在两个不同来源的α-ALDC基因下游序列插入6个His编码基因,并与载体pMA5相连,构建重组载体pMA5-Saald和pMA5-BsalsD,分别转化至B. subtilis WB600中构建重组枯草芽孢杆菌。结果表明,Saald和BsalsD基因都可以在B. subtilis WB600中得到成功表达,Saald基因表达的重组蛋白SaALDC总酶活36.0U/mL,而BsalsD基因表达的BsALDC总酶活为27.0U/mL,分别比其相应的出发菌提高了也约80倍。重组枯草芽孢杆菌发酵所得粗酶液经Ni-NTA纯化,得到的SaALDC纯酶液,比酶活为469.5U/mg,最适pH为6.0,最适反应温度为35℃,Km为17.7μmol/L,Vmax为2.06mmol/(L·min);得到的BsALDC纯酶液,比酶活为272.3U/mg,最适pH为6.0,最适反应温度为25℃,Km为29.04μmol/L,Vmax为2.82mmol/(L·min)。相比SaALDC而言,BsALDC表现出较好的温度适应性,更具工业应用前景。优化了重组枯草芽孢杆菌B. subtilis WB600/pMA5-BsalsD的发酵产酶培养基及培养条件。获得的最佳培养基配方为:甘油52g/L、大豆蛋白胨12g/L、磷酸盐25mmol/L、MgSO4·7H2O4.0mmol/L、尿素3g/L,NiSO4·6H2O1.5mmol/L,玉米浆15g/L,NaCl5g/L。最佳培养条件为:培养温度37℃,培养基初始pH6.5~7.0,接种量6%,摇床转速200r/min。利用5L发酵罐发酵培养重组枯草芽孢杆菌,α-ALDC酶活在48h达到105.8U/mL,其中胞内、胞外α-ALDC酶活分别为54.3U/mL和51.5U/mL。
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