表面活性素的诱导型高产菌株构建及高密度发酵培养

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近年来,工业界与科学界越来越重视由生物体,特别是微生物合成的表面活性剂。与化学型表面活性剂相比,生物表面活性剂来源于可再生资源,易降解、毒性低、生产条件温和,是新型的绿色表面活性剂。根据分子结构,生物表面活性剂主要可分为糖脂、脂肽、磷脂与聚合物等。生物表面活性剂分子中,非极性的疏水部分多为C10-C16长度的饱和或不饱和脂肪酸碳链,极性的亲水部分则根据分子种类的不同为磷酸基团、寡肽、糖环等。其中,脂肽是由脂肪酸链与氨基酸组成的生物表面活性剂,主要由芽孢杆菌产生。表面活性素是属于脂肽家族的一种具有优良性能和广阔应用前景的生物表面活性剂。目前野生枯草芽孢杆菌发酵生产表面活性素的产量较低,不能满足工业生产的要求。本研究通过基因工程手段对实验室前期筛选出的枯草芽孢杆菌THY-7菌株进行了启动子替换和强化改造。克隆了THY-7转录组高表达基因Gro E的组成型启动子PgroE,通过单交换同源重组替换表面活性素合成酶基因srf A的启动子,发现组成型强启动子不能用于表面活性素的有效合成。将蔗糖诱导型启动子和IPTG诱导型启动子的诱导元件分别与Pgro E启动子相结合,设计并构建了蔗糖诱导型启动子Pg1和IPTG诱导型启动子Pg2,再经同源重组成功替换了表面活性素合成酶基因srf A的启动子。所构建的重组菌株摇瓶产量从野生菌株的0.55g/L分别提高到1.44 g/L(蔗糖诱导型)和5.29 g/L(IPTG诱导型)。经过诱导条件优化,Pg2启动子重组菌株发酵罐分批培养的表面活性素产量达到6.88 g/L,具有良好的工业化生产潜力。
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