保加利亚乳杆菌与嗜热链球菌乳酸生成负反馈途径的构建

摘要

酸奶是一种普遍受人青睐的食物。保加利亚乳杆菌与嗜热链球菌是制作酸奶过程中的常用发酵剂。这些乳酸菌在酸奶的运输、销售与贮藏过程中，继续发酵产生乳酸，造成酸奶的后酸化，降低了酸奶的品质。本文通过分别建立保加利亚乳杆菌与嗜热链球菌乳酸生成与调控的数学模型，探讨了利用pH诱导型启动子构建乳酸生成负反馈调节途径的可能性，尝试让乳酸菌能根据人们的要求来自己控制乳酸的产量。在建立数学模型的过程中，根据质量作用定律、米氏方程与希尔方程等原理，构建常微分方程组以描述细胞内物质随时间的变化情况。通过对模型参数进行敏感性分析，找出了对乳酸生成有显著影响的参数，并结合生物实验的可操作性，确立最重要的参数并对其赋值以进行计算机模拟。通过对数学模拟结果的讨论，得出的结果如下：
　　针对保加利亚乳杆菌，可使用pH诱导型启动子调控的lacR基因来构建乳酸生成的负反馈调节途径。但是需要pH诱导型启动子启动时的速率介于20h-1与10.5h-1之间和（或）lacR基因的核糖体结合位点强度介于564 h-1与1128 h-1之间。而本模型中pH诱导型启动子在启动前一般的泄露表达对乳酸生成无显著影响。
　　针对嗜热链球菌，由于与乳酸代谢相关的调控途径较为复杂，且缺乏可靠的参数值，本模型未能找出可用于构建pH诱导型启动子调控的负反馈调节途径。但是指出可先通过生物学实验测量HPr(Ser-P)·CcpA复合物参与代谢调控的参数，从而完善建立的数学模型，使其能提供更加可信的预测与指导。
　　根据保加利亚乳杆菌乳酸代谢模型的预测，通过对lacR基因进行密码子优化，设计并合成了rcfB+lacR基因片段，并构建了含有pH诱导型启动子rcfB调控lacR基因的重组质粒pMG36e-rl，为后续的生物学实验进行了充分的准备。

目录

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中文摘要

参考文献

目录

第1章 绪 论

1.1 课题背景及研究的目的和意义

1.2 基因水平对乳酸菌改良的概况

1.3 数学模型在生物代谢调控中的应用

1.4 主要研究内容

第2章 实验材料与方法

2.1 实验材料

2.2 数学模型的建立与分析流程

2.3 构建表达载体pMG36e-rl

第3章 pH调控保加利亚乳杆菌乳酸生成的数学模型

3.1 简化的代谢网络

3.2 数学模型的假设

3.3 数学模型的建立

3.4 pH调控保加利亚乳杆菌乳酸生成速率数学模型的校正

3.5 参数敏感性分析

3.6 重要参数的模拟分析

3.7 本章小结

第4章 嗜热链球菌乳酸生成的数学模型

4.1 简化的代谢网络

4.2 数学模型的假设

4.3 数学模型的建立

4.4 嗜热链球菌乳酸生成数学模型的校正

4.5 参数敏感性分析

4.6 重要参数的模拟分析

4.7 本章小结

第5章 表达载体pMG36e-rl的构建

5.1 rcfB+lacR全基因序列的设计与合成

5.2 pMG36e质粒的提取

5.3 双酶切回收片段

5.4 重组质粒DNA的电泳检验

5.5 重组质粒DNA的PCR及双酶切检测

5.6 本章小结

结论

参考文献

附录 1

攻读硕士学位期间发表的论文及其它成果

声明

致谢