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        透明顫菌血紅蛋白的結(jié)構(gòu)功能和應用進展

        2015-10-26 08:51:17陳云美徐海洋王世明
        生物技術(shù)通報 2015年2期
        關(guān)鍵詞:產(chǎn)量

        陳云美 徐海洋 王世明

        (南京理工大學分子代謝中心,南京 210094)

        透明顫菌血紅蛋白的結(jié)構(gòu)功能和應用進展

        陳云美 徐海洋 王世明

        (南京理工大學分子代謝中心,南京 210094)

        透明顫菌血紅蛋白(VHb)是科學家發(fā)現(xiàn)的第一種微生物血紅蛋白,它的結(jié)構(gòu)、生化功能以及表達調(diào)控機制都已經(jīng)得到廣泛的研究。VHb可以在很多宿主細胞中表達,通過促進氧的輸送增強呼吸和能量代謝,以提高許多有用的代謝產(chǎn)物(抗生素、蛋白質(zhì)、聚合物等)的產(chǎn)量和宿主抗逆性,還能降低有害化合物的毒害。重點從VHb的功能與結(jié)構(gòu)、在提高微生物代謝產(chǎn)物的產(chǎn)量,以及對動植物某些特性的影響和增加生物修復能力等方面的應用進展進行了綜述,并對VHb在植物代謝和動物代謝中具有很大的發(fā)展空間進行了展望。

        透明顫菌血紅蛋白;生物制劑;代謝產(chǎn)物;生物修復;發(fā)酵工程

        1 透明顫菌血紅蛋白(VHb)簡介

        透明顫菌是一種革蘭氏陰性好氧絲狀菌,首先發(fā)現(xiàn)于1870年,但直到1949年,Pringsheim等[1]才進一步對該菌進行純培養(yǎng),并將其定義為一個新的菌科:Vitreoscillaeeace。透明顫菌非常重要的一個特性是它可以合成一種血紅蛋白類似物。1974年,Webster等[2,3]從Vitreoscilla菌中提取純化得到此蛋白,并在1978年將其命名為“細胞色素o(cytochrome o,Cyo)”蛋白。1986年,Wakabayashi等[4]完成了對Cyo的氨基酸測序,并將Cyo的146個氨基酸與5種動植物的血紅蛋白進行比較發(fā)現(xiàn),Cyo與其他真核生物的血紅蛋白(Hbs)擁有較高的相似性,特別是與黃羽扇豆血紅蛋白的相似性高達24%。在綜合了蛋白質(zhì)初級結(jié)構(gòu)、光譜性質(zhì)、氧結(jié)合動力學等一系列特征后確定了Cyo的結(jié)構(gòu),并將Cyo重新命名為透明顫菌血紅蛋白(VHb)。VHb是迄今發(fā)現(xiàn)的唯一一種原核生物血紅蛋白。

        2 透明顫菌血紅蛋白的結(jié)構(gòu)與功能

        天然的VHb以同型二聚體形式存在,由兩個完全相同的相對分子量為15 775的亞基和兩個b型血紅素組成。每個亞基由146個氨基酸殘基形成6個α-螺旋區(qū)(A、B、E、F、G和H),其三維結(jié)構(gòu)見圖1[5],而真核生物的血紅蛋白有8個α-螺旋區(qū)(A、B、C、D、E、F、G和H)。所有的血紅蛋白都含有一個近側(cè)His(F8)殘基與血紅素鐵結(jié)合,大部分血紅蛋白的遠側(cè)都含有另一個His(E7)殘基,通過His(E7)殘基與氧結(jié)合形成氫鍵來維持其穩(wěn)定。但是VHb氨基酸殘基E7位置是Gln,又因為多肽片段Phe-CD1到Leu-E1的基因片段之間沒有能力形成α-螺旋,進而導致Gln-E7離開了血紅素囊區(qū)域,因此它不能與環(huán)境中氧結(jié)合形成氫鍵,最終使二者的親合力變?nèi)?,加快氧的傳遞速率。1998年,Dikshit等[5]通過定點突變的方法將VHb蛋白E7位點的Gln變成Leu或者His發(fā)現(xiàn),VHb蛋白的生物活性未受影響,由此斷定VHb蛋白血紅素跟氧的結(jié)合不發(fā)生在E7位置,這跟其他血紅蛋白不同。

        圖1 VHb的三維結(jié)構(gòu)(顏色標識見電子版)

        蛋白質(zhì)的結(jié)構(gòu)是其功能的物質(zhì)基礎(chǔ)。1997年,Tarricone等[6]認為B10位點的Tyr在維持氧的穩(wěn)定性上具有重要作用,將Tyr突變成Phe,VHb蛋白的結(jié)構(gòu)保持不變,但是若將Tyr突變成Ala,會使VHb蛋白的末端結(jié)構(gòu)發(fā)生重組[6,7]。2008年,Kaur等[8]將VHb蛋白G5位點的Tyr突變成Phe或者Leu,結(jié)果導致VHb氧結(jié)合能力和一氧化氮雙加氧酶(nitric oxide dioxygenase,NOD)活性受到明顯的影響;若將H12位點的Tyr突變成Phe或者Leu,對VHb的氧結(jié)合能力影響較小,這卻與分子模型推測的結(jié)果不一致(TyrH12Leu突變可能會增強血紅素鐵氧的擴散)。如果能研究透徹VHb不同位點突變后功能的改變,則會對蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)和功能之間的關(guān)系提出新的見解,并且突變后的VHb蛋白更有利于其在生物工程上的應用。

        研究發(fā)現(xiàn),VHb蛋白在不同的環(huán)境條件下可呈現(xiàn)3種不同的狀態(tài),即還原態(tài)、氧合態(tài)、氧化態(tài)。3種狀態(tài)可以相互轉(zhuǎn)化,其中還原態(tài)是生理活性態(tài),此時VHb的鐵原子處于亞鐵狀態(tài),可以與環(huán)境中的氧可逆性結(jié)合;而氧合態(tài)是還原態(tài)和氧化態(tài)的過渡態(tài),是富氧條件下的表現(xiàn)形式,氧合態(tài)的形成是VHb蛋白發(fā)揮生理功能的必需條件。VHb與氧形成氧合態(tài),并以這種狀態(tài)參與跟氧有關(guān)的代謝途徑,介入代謝途徑中的某些關(guān)鍵步驟,然后氧合態(tài)的VHb通過跟氧的解離,將氧傳遞給呼吸鏈,調(diào)節(jié)末端氧化酶的活性,提高氧化磷酸化的效率,改變在貧氧條件下細胞原有的代謝途徑,以至改變某些基因的表達,更有利于菌的生存和目的產(chǎn)物的高效表達。從VHb結(jié)合氧的動力學參數(shù)來看,和其他血紅蛋白相比,VHb與氧結(jié)合的速率常數(shù)(kon=78/μmol/L/s)處于平均水平,反應了VHb對氧較強的親和力;而VHb與氧解離速率常數(shù)(koff=5000/s)卻比其他血紅蛋白高出上千倍,反應了VHb更容易釋放大量的氧(表1)。因此,VHb蛋白最初的功能只是在氧含量較低的情況下結(jié)合氧并且將氧傳遞到末端氧化酶以增加氧化磷酸化[9],隨著研究的進一步深入才發(fā)現(xiàn)了一些別的與氧相關(guān)的功能。

        表1 各種血紅蛋白與氧反應的動力學常數(shù)[10]

        雖然VHb的功能是協(xié)助氧進入細胞,但在一些宿主菌中卻可以通過過量表達VHb進行氧化應激保護[10]。后來發(fā)現(xiàn)這是因為VHb改變了宿主菌的轉(zhuǎn)錄調(diào)節(jié)因子OxyR的氧化還原狀態(tài),激活細胞的抗氧化調(diào)節(jié)子[11]。有研究發(fā)現(xiàn)VHb還與負責氧應答的轉(zhuǎn)錄調(diào)節(jié)因子 Fnr相互作用,vgb啟動子除了有Crp,F(xiàn)nr和ArcA的結(jié)合位點,還有OxyR調(diào)節(jié)蛋白的結(jié)合位點。因此VHb通過改變細胞的氧化還原態(tài)來改變細胞的代謝。

        3 透明顫菌血紅蛋白的應用

        在研究VHb結(jié)構(gòu)和功能的同時,VHb的應用研究也在穩(wěn)步向前發(fā)展。VHb的宿主范圍非常廣泛,在很多宿主細胞內(nèi)都能成功表達,包括微生物(大腸桿菌、枯草芽胞桿菌、鏈霉菌、假單胞菌、霉菌和酵母菌等),植物(煙草、水稻、卷心菜和楊樹等)和動物細胞(中國倉鼠卵母細胞和斑馬魚)。近幾年來的研究結(jié)果顯示,VHb的應用主要體現(xiàn)在3個方面:一是VHb提高微生物代謝產(chǎn)物的產(chǎn)量;二是對動植物某些特性的影響;三是增加生物修復能力。

        3.1 VHb提高微生物代謝產(chǎn)物的產(chǎn)量

        研究證明,通過選擇合適的啟動子構(gòu)建含vgb基因的載體讓VHb高效表達,能提高很多宿主的代謝物產(chǎn)量。vgb基因的天然啟動子是強啟動子,表達量高,啟動子的活性受溶氧濃度調(diào)節(jié),誘導條件溫和,適用于一些革蘭氏陰性菌。對于其他宿主就需要選擇對應的啟動子。例如,CaMV 35S啟動子常用于真菌和高等植物。近幾年,VHb運用于基因工程菌,提高有用的代謝產(chǎn)物產(chǎn)量的應用也在穩(wěn)速的發(fā)展中,總結(jié)起來主要有以下4類代謝物:抗生素、聚合物、蛋白質(zhì)和其他生化制劑。

        3.1.1 抗生素 早在1993年DeModena等[12]就已經(jīng)將vgb基因整合到Acrenmoniun chrysogenum中以提高頭孢菌素C的產(chǎn)量。頭孢菌素C的生物合成途徑受碳、磷、溶解氧等的影響,其中氧尤為重要,因為頭孢菌素C的生物合成途徑中包括3個重要的耗氧反應:三肽環(huán)化酶反應、擴環(huán)反應和脫乙酞頭孢菌素C的羥基化反應,因此頭孢菌素C的發(fā)酵過程與氧有著緊密的聯(lián)系。由此可見,VHb可以用于合成抗生素的發(fā)酵工藝。迄今為止,VHb蛋白已經(jīng)成功的運用于很多細菌或真菌來提高抗生素的產(chǎn)量。例如,VHb能提高糖多孢菌的紅霉素產(chǎn)量;提高地中海擬無枝菌酸菌的利福平b產(chǎn)量;提高天藍色鏈霉菌中Actinorbodin產(chǎn)量等[13,14]。

        近5年來,VHb在提高抗生素產(chǎn)量上的應用越來越多,詳見表2。VHb在宿主菌雪白彎頸霉中的表達使環(huán)孢菌素產(chǎn)量提高33.5%;在頂頭孢霉中使頭孢菌素產(chǎn)量提高27%[15,16]。2011年,Zhu等[17]將vgb基因整合到Phellinus igniarius中,VHb蛋白的表達使宿主菌的黃酮和胞外多糖產(chǎn)量分別提高了78%和54%,黃酮和胞外多糖都是含有殺菌效果的化合物。2012年,Luo等[18]也將vgb基因整合到刺糖多胞菌中,VHb的表達大大提高了工程菌株的耗氧量,有利于發(fā)酵產(chǎn)物的生成。最近的研究報道指出,在鏈霉菌生產(chǎn)游霉素的工業(yè)生產(chǎn)中,VHb蛋白的表達將游霉素的產(chǎn)量提高了75%[19]。在發(fā)酵工業(yè)中供氧問題是需解決的最重要的問題之一,尤其是在發(fā)酵后期。而VHb蛋白在氧含量較低的情況下能結(jié)合氧并將氧傳遞到末端氧化酶以達到增加發(fā)酵產(chǎn)物的目的,這對工業(yè)生產(chǎn)的意義是非常重大的。

        3.1.2 聚合物 VHb蛋白除了能應用到抗生素的生產(chǎn)中,還能用在生物大分子聚合物的合成中,詳見表3。最初,研究者們發(fā)現(xiàn),在產(chǎn)羥基丁酸和羥基乙酸鹽混合聚合物的基因工程菌中表達VHb蛋白可以提高混合聚合物的產(chǎn)量。2006年和2007年都有研究報道指出,VHb的表達能提高木醋桿菌細菌纖維素的產(chǎn)量[20,21]。細菌纖維素具有很高的商業(yè)利用價值,在醫(yī)藥材料中可以用作人造皮膚、人造血管;在食品工業(yè)中可作為食品的成型劑、增稠劑、分散劑、抗溶化劑、改善口感等,已成為一種重要的食品基料和膳食纖維;在造紙工業(yè)中細菌纖維素可以提高紙張強度和耐用性;還可用來制作高級音響設(shè)備的振動膜,因此提高細菌纖維素的產(chǎn)量和質(zhì)量具有重要的意義。

        表2 VHb提高微生物代謝產(chǎn)物抗生素的產(chǎn)量

        表3 VHb提高微生物代謝產(chǎn)物聚合物的產(chǎn)量

        近幾年來,越來越多的生物聚合物的產(chǎn)量因為VHb的參與得到提高。例如,Su等[22]將vgb基因整合到枯草芽孢桿菌基因組上,在高黏度的發(fā)酵條件下細菌量增加了1.26倍,而發(fā)酵產(chǎn)物聚γ谷氨酸足足增加了2.07倍。同樣是發(fā)酵生產(chǎn)聚γ谷氨酸,Zhang等[23]在解淀粉芽孢桿菌中構(gòu)建含有vgb基因的重組質(zhì)粒pWHV,聚γ谷氨酸產(chǎn)量提高了9.56%,為了讓VHb能穩(wěn)定表達,將vgb基因同源重組到染色體上,細菌生物量增加7.9%,而聚γ谷氨酸產(chǎn)量卻提高了30%。本實驗室將vgb基因構(gòu)建到廣譜質(zhì)粒pCM158上,在土壤桿菌ZX09中表達,使土壤桿菌ZX09的發(fā)酵產(chǎn)物索拉膠的產(chǎn)量提高了約30%。

        3.1.3 蛋白質(zhì)和其他生化制劑 VHb蛋白在微生物中的表達除了能提高抗生素和聚合物的產(chǎn)量,還能提高一些其他的生物分子的產(chǎn)量,如酶、蛋白質(zhì)和其他一些有用的代謝產(chǎn)物,詳見表4。

        表4 VHb提高微生物代謝產(chǎn)物蛋白和生化制劑的產(chǎn)量

        vgb基因通常是放在表達載體上轉(zhuǎn)入宿主菌或是整合到宿主菌的基因組上表達,以達到改造菌種降低發(fā)酵成本的目的。以大腸桿菌為例,vgb基因的表達能將總蛋白的表達水平提高10%以上,貧氧條件下VHb的作用更為明顯。VHb在大腸桿菌α-淀粉酶基因工程菌中的表達可將α-淀粉酶的產(chǎn)量提高3.3倍,在限氧條件下能將淀粉酶的產(chǎn)量提高到對照菌株的7倍左右[24,25];在大腸桿菌含幾丁質(zhì)酶基因的載體上表達,能促進幾丁質(zhì)酶的分泌,提高幾丁質(zhì)酶活性,隨著氧含量的降低,幾丁質(zhì)酶活性也隨之提高[26]。

        近幾年用VHb來提高酶產(chǎn)量的主要宿主菌是畢赤酵母,酵母的表達系統(tǒng)更加優(yōu)越,但是如果在酵母的發(fā)酵過程中遭遇貧氧環(huán)境,酵母就會改變代謝途徑,大量生成乙醇,而乙醇對酵母具有明顯的阻礙作用,所以vgb基因的插入就能解決這一問題。在氧受限的條件下,VHb的表達菌株的脂肪酶活性是對照菌株的1.8倍,β-半乳糖苷酶的活性比對照下降31.2%;但在氧充分時β-半乳糖苷酶的活性只提高9.9%[27,28]。

        近5年來,VHb的表達提高某些其他的微生物代謝產(chǎn)物的例子還有很多,如L-多巴和多巴胺(產(chǎn)量分別增加了20倍和100倍);二羥基丙酮(產(chǎn)量增加37.36%);黃芪甲苷IV(產(chǎn)量是對照的5-6倍);鼠李糖脂;紫穗槐-4,11-二烯;草酸鹽等[29-34]。

        3.2 VHb蛋白影響動植物的某些特性

        雖然VHb蛋白是原核生物血紅蛋白,但有研究表明,VHb蛋白也可以用于植物和動物,見表5。第一個將VHb蛋白用于植物的是Holmberg等[35],將vgb基因?qū)霟煵葜邪l(fā)現(xiàn)VHb的表達明顯促進了煙草的生長,提前了發(fā)芽和開花的時間,增加了葉綠素Ⅱ和尼古丁的含量,但是新煙堿的含量卻比對照減少了。有報道指出VHb蛋白還能在卷心菜、苜蓿、喇叭花中表達,以增加植物的生長和抗缺氧能力。但是也有實驗證明,VHb的表達對白楊樹的生長,抗淹,抗氧化氮化能力的影響不穩(wěn)定,所以對于植物氧代謝的基因操作比微生物復雜很多,有更多的因素需要考慮[36]。黑莨菪是一種重要的中藥材,Wilhelmson等[37]將vgb基因轉(zhuǎn)入黑莨菪毛狀根中表達,使轉(zhuǎn)基因毛狀根干重增加了18%,莨菪堿平均含量提高22%,單位體積莨菪堿含量增加43%,由此看出VHb蛋白在中藥領(lǐng)域也有一定的應用前景。

        VHb蛋白在動物中的應用報道得比較少,因此應用潛力也最大。最早將VHb用于動物的是,Pendse等[38]將vgb基因融合到小鼠乳腺瘤病毒(MMTA)啟動子調(diào)控的表達載體上,整合到能分泌組織纖溶酶原激活物(tPA)的中國倉鼠卵母細胞中,在限氧條件下VHb的表達使哺乳動物細胞產(chǎn)物增加了40%-100%。2011年Guan等[39]通過基因改造使VHb蛋白在斑馬魚中表達,以提高魚在缺氧的環(huán)境中的生存能力。

        表5 VHb促進動植物特性的改變

        3.3 VHb在生物修復中的應用

        透明顫菌血紅蛋白除了運用到以上幾個方面,還有報道指出,它能提高微生物對毒害物質(zhì)的抗性和降解能力。苯類物質(zhì)(苯、甲苯、二甲苯和二硝基甲苯等)是存在于水環(huán)境中的一類主要污染物,目前主要利用微生物來降解這類物質(zhì)。微生物降解是通過氧化酶催化芳香環(huán)發(fā)生羥基化或烷基取代反應,氧是這些反應的重要參與者,而污水中的低氧環(huán)境對反應很不利,所以解決氧的問題是關(guān)鍵。

        有文獻報道,將vgb基因整合到銅綠假單胞菌和伯克霍爾德菌的染色體中,VHb的表達能促進重組銅綠假單胞菌降解二硝基甲苯,但對重組伯克霍爾德菌的降解能力無明顯影響[40]。Patel等[41]的研究結(jié)果顯示,將vgb基因克隆到廣譜性質(zhì)粒上再轉(zhuǎn)入伯克霍爾德菌中,VHb的表達能加快其降解DNT的速度,3 d就可將初始濃度為200 μg/mL的DNT降到0。

        通過共同表達有機磷水解酶(OPH)和VHb蛋白的重組大腸桿菌能夠?qū)⒂袡C磷毒物和對氧磷毒物降解為無害物質(zhì)。重金屬離子對細胞的毒害作用也很明顯,有報道稱,VHb的表達能使重組產(chǎn)氣腸菌株對鎘的吸收能力提升2倍[42]。另外,VHb蛋白在紅串紅球菌和德氏假單胞菌中的表達可以使柴油脫硫能力增加38%和22%,這對環(huán)境保護具有重要的意義,因為硫燃燒產(chǎn)生的二氧化硫是嚴重的環(huán)境污染物[43,44]。

        4 結(jié)語

        透明顫菌血紅蛋白能夠從分子水平上控制宿主菌對氧氣的利用能力,通過基因重組的方法使透明顫菌血紅蛋白在基因工程菌中表達,使得宿主菌在限氧條件下依舊能夠維持高水平的細胞生長和產(chǎn)物合成,從而提高有價值的生物分子的產(chǎn)量。同時,透明顫菌血紅蛋白在宿主菌中的表達可以降低氧氣及能量的消耗,這就不需要再對發(fā)酵設(shè)備進行額外的投資,進而降低了發(fā)酵成本,因此透明顫菌血紅蛋白的應用大大地促進了微生物發(fā)酵工業(yè)的發(fā)展。

        此外,通過轉(zhuǎn)基因的手段使VHb在植物體內(nèi)表達,不僅可以影響植物的生長,還影響著植物與氧有關(guān)的生命活動。更重要的是,VHb的表達已經(jīng)開始運用于動物細胞,這是一項很大的進步,因而具有更為廣闊的發(fā)展空間。由于動植物的代謝比微生物復雜很多,所以近年來VHb在動植物領(lǐng)域的應用發(fā)展比較緩慢,但是未來值得期待。

        [1] Prmgsheim EG. The Vitreoscillaceae, a family of colourless, gliding,filamentous organisms [J]. J Gen Microbiol, 1951, 5(1):124-149.

        [2]Webster DA, Liu CY. Reduced nicotinamide adenine dinucleotide cytochrome o reductase associated with cytochrome o purified from Vitreoscilla. [J]. J Biol Chem, 1974, 249(13):4257-4260.

        [3]Tyree B, Webster DA. The binding of cyanide and carbon monoxide to cytochrome o purified from Vitreoscilla. Evidence for subunit interaction in the reduced protein[J]. J Biol Chem, 1978, 253(19):6988-6991.

        [4]Wakabayashi S, Matsubara H, Webster DA. Primary sequence of a dimeric bacterial haemoglobin from Vitreoscilla[J]. Nature, 1986,322(6078):481, 483.

        [5]Dikshit KL, Orii Y, Navani N, et al. Site-directed mutagenesis of bacterial hemoglobin:the role of glutamine(E7) in oxygen-binding in the distal heme pocket[J]. Arch Biochem Biophys, 1998, 349(1):161-166.

        [6]Tarricone C, Galizzi A, Coda A, et al. Unusual structure of the oxygen-binding site in the dimeric bacterial hemoglobin from Vitreoscilla sp[J]. Structure, 1997, 5(4):497-507.

        [7]Ratakonda S, Anand A, Dikshit K, et al. Crystallographic structuredetermination of B10 mutants of Vitreoscilla hemoglobin:role of Tyr29(B10) in the structure of the ligand-binding site[J]. Acta Crystallogr Sect F Struct Biol Cryst Commun, 2013, 69(Pt 3):215-222.

        [8]Kaur R, Ahuja S, Ananda A, et al. Functional implications of the proximal site hydrogen bonding network in Vitreoscilla hemoglobin(VHb):Role of Tyr95(G5) and Tyr126(H12)[J]. FEBS Letters, 2008, 582(23-24):3494-3500.

        [9]Ramandeep, Hwang KW, Raje M, et al. Vitreoscilla hemoglobin. Intracellular localization and binding to membranes[J]. J Biol Chem, 2001, 276(27):24781-24789.

        [10]Kvist M, Ryabova ES, Nordlander E, et al. An investigation of the peroxidase activity of Vitreoscilla hemoglobin[J]. J Biol Inorg Chem, 2007, 12(3):324-334.

        [11]Anand A, Duk BT, Singh S, et al. Redox-mediated interactions of VHb(Vitreoscilla haemoglobin) with OxyR:novel regulation of VHb biosynthesis under oxidative stress[J]. Biochem J, 2010,426(3):271-280.

        [12]DeModena JA, Gutiérrez S, Velasco J, et al. The production of cephalosporin C by Acremonium chrysogenum is improved by the intracellular expression of a bacterial hemoglobin[J]. Biotechnology(N Y), 1993, 11(8):926-929.

        [13]Magnolo SK, Leenutaphong DL, DeModena JA, et al. Actinorhodin production by Streptomyces coelicolor and growth of Streptomyces lividans are improved by the expression of a bacterial hemoglobin[J]. Biotechnology(N Y), 1991, 9(5):473-476.

        [14]Priscila G, Fernandez FJ, Absalon AE, et al. Expression of the bacterial hemoglobin gene from Vitreoscilla stercoraria increases rifamycin B production in Amycolatopsis mediterranei[J]. J Biosci Bioeng, 2008, 106(5):493-497.

        [15]Lee MJ, Duong CT, Han K, et al. Combination strategy to increase cyclosporin A productivity by Tolypocladium niveum using random mutagenesis and protoplast transformation[J]. J Microbiol Biotechnol, 2009, 19(9):869-872.

        [16]Liu Y, Gong G, Xie L, et al. Improvement of cephalosporin C production by recombinant DNA integration in Acremonium chrysogenum[J]. Mol Biotechnol, 2010, 44(2):101-109.

        [17]Zhu H, Sun S, Zhang S. Enhanced production of total flavones and exopolysaccharides via Vitreoscilla hemoglobin biosynthesis in Phellinus igniarius[J]. Bioresour Technol, 2011, 102(2):1747-1751.

        [18]Luo Y, Kou X, Ding X, et al. Promotion of spinosad biosynthesis by chromosomal integration of the Vitreoscilla hemoglobin gene in Saccharopolyspora spinosa[J]. Sci China Life Sci, 2012, 55(2):172-180.

        [19]Wang S, Liu F, Hou Z, et al. Enhancement of natamycin production on Streptomyces gilvosporeus by chromosomal integration of the Vitreoscilla hemoglobin gene(vgb)[J]. World J Microbiol Biotechnol, 2014, 30(4):1369-1376.

        [20]Chien LJ, Chen HT, Yang PF, et al. Enhancement of cellulose pellicle production by constitutively expressing Vitreoscilla hemoglobin in Acetobacter xylinum[J]. Biotechnol Prog, 2006,22(6):1598-1603.

        [21]Setyawati MI, Chien LJ, Lee CK. Expressing Vitreoscilla hemoglobin in statically cultured Acetobacter xylinum with reduced O(2)tension maximizes bacterial cellulose pellicle production[J]. J Biotechnol, 2007, 132(1):38-43.

        [22]Su Y, Li X, Liu Q, et al. Improved poly-gamma-glutamic acid production by chromosomal integration of the Vitreoscilla hemoglobin gene(vgb) in Bacillus subtilis[J]. Bioresour Technol, 2010, 101(12):4733-4736.

        [23]Zhang W, Xie H, He Y, et al. Chromosome integration of the Vitreoscilla hemoglobin gene(vgb) mediated by temperaturesensitive plasmid enhances gamma-PGA production in Bacillus amyloliquefaciens[J]. FEMS Microbiol Lett, 2013, 343(2):127-134.

        [24]Khosravi M, Webster DA, Stark BC. Presence of the bacterial hemoglobin gene improves alpha-amylase production of a recombinant Escherichia coli strain[J]. Plasmid, 1990, 24(3):190-194.

        [25]Buddenhagen RE, Webster DA, Stark BC. Enhancement by bacterial hemoglobin of amylase production in recombinant E. coli occurs under conditions of low O2[J]. Biotechnology Letters,1996, 18(6):695-700.

        [26]李昕, 王海燕, 張義正. 利用細菌血紅蛋白提高人腸桿菌基因工程菌幾丁質(zhì)酶基因的表達[J]. 四川大學學報:自然科學版,2003, 40(4):787-791.

        [27]Wang X, Sun Y, Shen X, et al. Intracellular expression of Vitreoscilla hemoglobin improves production of Yarrowia lipolyticalipase LIP2 in a recombinant Pichia pastoris[J]. Enzyme Microb Technol, 2012, 50(1):22-28.

        [28]Wu JM, Fu WC. Intracellular co-expression of Vitreoscilla hemoglobin enhances cell performance and beta-galactosidase production in Pichia pastoris[J]. J Biosci Bioeng, 2012, 113(3):332-337.

        [29]Kurt AG, Aytan E, Ozer U, et al. Production of L-DOPA and dopamine in recombinant bacteria bearing the Vitreoscilla hemoglobin gene[J]. Biotechnol J, 2009, 4(7):1077-1088.

        [30]Li M, Wu J, Lin J, et al. Expression of Vitreoscilla hemoglobin enhances cell growth and dihydroxyacetone production in Gluconobacter oxydans[J].Curr Microbiol, 2010, 61(5):370-375.

        [31]Wang ZY, Hu ZB, Wang ZT. Regulation of Vitreoscilla hemoglobin on biosynthesis of astragaloside IV[J]. Yao Xue Xue Bao, 2011,46(3):355-360.

        [32]Kahraman H, Erenler SO. Rhamnolipid production by Pseudomonas aeruginosa engineered with the Vitreoscilla hemoglobin gene[J]. Prikl Biokhim Mikrobiol, 2012, 48(2):212-217.

        [33]Shen J, Zheng H, Zhi X, et al. Improvement of amorpha-4,11-diene production by a yeast-conform variant of Vitreoscilla hemoglobin[J]. Z Naturforsch C, 2012, 67(3-4):195-207.

        [34]Yadav K, Kumar C, Archana G, et al. Pseudomonas fluorescens ATCC 13525 containing an artificial oxalate operon and Vitreoscilla hemoglobin secretes oxalic acid and solubilizes rock phosphate in acidic alfisols[J]. PLoS One, 2014, 9(4):e92400.

        [35]Holmberg N, Lilius G, Bailey JE, et al. Transgenic tobacco expressing Vitreoscilla hemoglobin exhibits enhanced growth and altered metabolite production[J]. Nat Biotechnol, 1997, 15(3):244-247.

        [36]Zelasco S, Reggi S, Calligari P, et al. Expression of the Vitreoscilla hemoglobin(VHb)-encoding gene in transgenic white poplar:plant growth and biomass production, biochemical characterization and cell survival under submergence, oxidative and nitrosative stress conditions[J]. Molecular Breeding, 2006, 17(3):201-216.

        [37]Wilhelmson A, Kallio PT, Oksman-Caldentey KM, et al. Expression of Vitreoscilla hemoglobin enhances growth of Hyoscyamus muticus hairy root cultures[J]. Planta Med, 2005, 71(1):48-53.

        [38]Pendse GJ, Bailey JE. Effect of Vitreoscilla hemoglobin expression on growth and specific tissue plasminogen activator productivity in recombinant chinese hamster ovary cells[J]. Biotechnol Bioeng,1994, 44(11):1367-1370.

        [39]Guan B, Ma H, Wang Y, et al. Vitreoscilla hemoglobin(VHb)overexpression increases hypoxia tolerance in zebrafish(Danio rerio)[J]. Mar Biotechnol(NY), 2011, 13(2):336-344.

        [40]Chung JW, Webster DA, Pagilla KR, et al. Chromosomal integration of the Vitreoscilla hemoglobin gene in Burkholderia and Pseudomonas for the purpose of producing stable engineered strains with enhanced bioremediating ability[J]. J Ind Microbiol Biotechnol, 2001, 27(1):27-33.

        [41]Patel SM, Stark BC, Hwang KW, et al. Cloning and expression of Vitreoscilla hemoglobin gene in Burkholderia sp. strain DNT for enhancement of 2, 4-dinitrotoluene degradation[J]. Biotechnol Prog, 2000, 16(1):26-30.

        [42]Khleifat KM, Abboud MM, Al-Mustafa AH. Effect of Vitreoscilla hemoglobin gene(vgb) and metabolic inhibitors on cadmium uptake by the heterologous host Enterobacter aerogenes[J]. Process Biochemistry, 2006, 41(4):930-934.

        [43]Xiong XC, Xing JM, Li X, et al. Enhancement of biodesulfurization in two-liquid systems by heterogeneous expression of Vitreoscilla hemoglobin[J]. Appl Environ Microbiol, 2007, 73(7):2394-2397.

        [44]Li H, Yu Z, Xiong X, et al. [Expression of Vitreoscilla hemoglobin gene in Pseudomonas delafieldii R-8 and its application to diesel desulfurization][J]. Wei Sheng Wu Xue Bao, 2009, 49(8):1026-32.

        [45]馬正, 劉金秀, 申屠旭萍, 等. 透明顫菌血紅蛋白基因在淀粉酶產(chǎn)色鏈霉菌中的表達及對合成豐加霉素的影響[J]. 微生物學通報, 2013, 40(7):1175-1185.

        [46]Horng YT, Chang KC, Chien CC, et al. Enhanced polyhydroxybutyrate(PHB) production via the coexpressed phaCAB and vgb genes controlled by arabinose PBADpromoter in Escherichia coli[J]. Lett Appl MicrobiolLetters in Applied Microbiology, 2010, 50(2):158-167.

        [47]Zhu H, Sun S, Zhang S. Enhanced production of total flavones and exopolysaccharides via Vitreoscilla hemoglobin biosynthesis in Phellinus igniarius[J]. Bioresour Technol, 2011, 102(2):1747-1751.

        [48]Sanny T, Arnaldos M, Kunkel SA, et al. Engineering of ethanolicE. coli with the Vitreoscilla hemoglobin gene enhances ethanol production from both glucose and xylose[J]. Appl Microbiol Biotechnol, 2010, 88(5):1103-1112.

        [49]Xu M, Rao Z, Xu H, et al. Enhanced production of L-arginine by expression of Vitreoscilla hemoglobin using a novel expression system in Corynebacterium crenatum[J]. Appl Biochem Biotechnol, 2011, 163(6):707-719.

        [50]Li X, Peng RH, Fan HQ, et al. Vitreoscilla hemoglobin overexpression increases submergence tolerance in cabbage[J]. Plant Cell Rep, 2005, 23(10-11):710-715.

        [51]Wang Z, Xiao Y, Chen W, et al. Functional expression of Vitreoscilla hemoglobin(VHb) in Arabidopsis relieves submergence, nitrosative, photo-oxidative stress and enhances antioxidants metabolism[J]. Plant Science, 2009, 176(1):66-77.

        (責任編輯 狄艷紅)

        多檢測器GPC提供全面數(shù)據(jù)分析生物醫(yī)藥高分子材料突破點

        1964年,John C. Moore出版了關(guān)于凝膠滲透色譜(GPC)的專著,從此改變了科學家研究聚合物和大分子的方式。在將近半個世紀后,關(guān)于GPC的理論、實驗技術(shù)以及儀器性能均有了突飛猛進的發(fā)展,GPC也已被廣泛應用于工業(yè)、農(nóng)業(yè)、醫(yī)藥、衛(wèi)生、國防等各個領(lǐng)域。在GPC技術(shù)未出現(xiàn)之前,研究人員大多采用黏度法、滲透壓法和超離心沉淀等方法測量高分子聚合物的分子量,但這些方法不僅費時,而且操作繁瑣,另外消耗的溶劑量也很大。隨著GPC技術(shù)的問世與日漸成熟,研究人員能夠在無需花費太高成本、操作簡單的情況下,即可得到聚合物的相對分子量與分子結(jié)構(gòu),從而為生物醫(yī)藥類高分子和合成高分子材料的開發(fā)提供有力支持。

        上海交通大學(以下簡稱交通大學)早在20世紀80年代就啟動了對生物醫(yī)藥類高分子和合成高分子的研究。在研究初期,多采用傳統(tǒng)GPC系統(tǒng)進行高分子和合成高分子的檢測,該系統(tǒng)只包含示差RI或紫外UV兩種檢測器,有較好的精度和重現(xiàn)性,能夠幫助科研人員得到相對分子量信息。但隨著研究的一步步深入,要準確描繪出有助于精確控制聚合物性能的內(nèi)部結(jié)構(gòu),除了分子量,聚合物的構(gòu)象、支化和聚集等結(jié)構(gòu)特征也是關(guān)鍵參數(shù),而這些信息光憑示差RI和紫外UV檢測器是無法得出的。經(jīng)過前期的試驗測試和專家研究論證,交通大學最后選擇了馬爾文的四重檢測器GPC系統(tǒng)。該系統(tǒng)除了示差、黏度和PDA紫外檢測器,還包括馬爾文最新推出的擁有20個檢測角度的ViscotekSEC-MALS20多角度光散射檢測器。這些檢測器被集成在一個色譜溫度控制系統(tǒng)中,在一次測試過程中可以同時收集所有檢測器信號,提供所檢測高分子的絕對分子量Mw、Mn、Mz、分子量分布、高分子的特性黏度IV、高分子的Mark-Houwink曲線、高分子線團的大小以及共聚物的組分信息,極大地豐富了表征手段,為科研工作提供有力的數(shù)據(jù)支持。

        當前,在大多數(shù)聚合物的開發(fā)項目中,多檢測器GPC系統(tǒng)備受青睞。多檢測器的組合優(yōu)勢可以將實驗效率最大化,使研究人員在短時間內(nèi)就能夠獲取關(guān)于聚合物結(jié)構(gòu)的全面信息。

        (信息來源: 產(chǎn)業(yè)新聞社 )

        The Structure-function Relationship of Vitreoscilla Haemoglobin and Its Application in Biotechnology

        Chen Yunmei Xu Haiyang Wang Shiming
        (Center for Molecular Metabolism,Nanjing University of Science & Technology,Nanjing 210094)

        The hemoglobin from the bacteriumVitreoscilla(VHb) is the firstmicrobial hemoglobin, which has been extensively studied with respect to its structure, biochemical functions, and the mechanisms by which itsexpression is controlled. Expressing VHb in a variety of heterologous hostsresults substantial increasesin production of a variety of useful products(antibiotics, proteins, polymersetc.), host resistance andability to degrade some harmful compounds, by promoting oxygen transport to enhance respiratory and energy metabolism. So this paper reviewed on the function and structure of VHb and the improving output of microbial metabolites, some characteristics of plants and animals and influence of the application of bioremediation capability. And we discussed about the application prospect and development space in the metabolism of plant and animal.

        Vitreoscillahemoglobin;bioproduct;production metabolite;bioreme diation;fermentation

        10.13560/j.cnki.biotech.bull.1985.2015.02.007

        2014-06-18

        中央高?;究蒲袠I(yè)務(wù)費專項資金(30920130121013)

        陳云美,女,博士研究生,研究方向:微生物發(fā)酵工程;E-mail:yunmei7866@163.com

        王世明,男,博士,副教授,研究方向:微生物代謝和酶工程;E-mail:bioeng@mail.njust.edu.cn

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