代谢工程合成5-氨基乙酰丙酸的研究进展

5-氨基乙酰丙酸(5-ALA)是生物体内吡咯类物质生物合成的前体物质,在医药和农业领域显示出广阔的市场潜力。随着代谢工程的发展以及对5-ALA生物合成途径的研究,利用微生物合成5-ALA成为研究的新方向。与传统的化学法合成相比,利用微生物合成5-ALA具有低污染、高产率和低成本等优势。本文中,笔者介绍了5-ALA生物合成的最新研究进展,分析了5-ALA代谢途径的关键影响因素,并对未来的研究方向进行了展望。     

“香料皇后”——天然香兰素生物合成的研究进展

香兰素是世界上最重要的香料之一,广泛应用在食品饮料、香精香料和医药工业等领域中,全球每年的需求量超过16 000 t.鉴于人们对纯天然绿色食品的追求日益增长,天然香兰素高效的生产方法也成为研究的热点.通过对各种香兰素生产方法的比较,明确提出微生物合成方法的主导地位,综述了香兰素的生物合成途径以及合成关键基因和酶等方面的研究进展,分析探讨了不同生物合成途径的优劣之处,并展望了利用微生物高产天然香兰素存在的瓶颈以及有潜力的发展方向.     

硝普钠对香菇多糖代谢及关键酶基因表达的影响

香菇多糖是香菇中特有的生物活性成分。硝普钠在调控食用菌生长方面具有重要影响,但其对香菇生长及多糖合成的影响尚不清楚。本文以香菇新808为研究材料,通过添加不同浓度硝普钠作为外源一氧化氮对新808菌丝的生物量、生长速率、香菇多糖含量、香菇多糖代谢关键酶活性及其表达调控基因相对表达量进行综合研究。结果表明：硝普钠浓度为100 μmol/L可显著提高香菇菌丝生物量,与对照组相比增加了1.61倍;生长速率与对照组无显著差异;香菇菌丝的香菇多糖含量显著提高,为对照组的3.71倍;漆酶、锰过氧化物酶和木质素过氧化物酶活性显著提高,分别为对照组的1.73倍、2.23倍和1.55倍;与多糖合成有关的辅助模块酶基因LENED_010207、碳水化合物结合模块基因LENED_012941和多糖裂解酶基因LENED_004566基因相对表达量有所上调,其中LENED_010207基因上调最明显,而多糖合成关键酶基因UDP-葡萄糖焦磷酸化酶基因(UGP)、葡萄糖磷酸变位酶基因(PGM)与葡萄糖磷酸异构酶基因(PGI)相对表达量均显著下调。在100 μmol/L浓度硝普钠处理下,香菇生物量、多糖含量、多糖代谢关键酶活性及部分多糖合成关键酶的基因相对表达量均显著高于对照组,表明添加适宜浓度的硝普纳能有效地促进香菇多糖的合成,提高香菇多糖的含量。本文为进一步探索香菇多糖的代谢通路提供了理论依据,为选育高多糖含量的香菇新品种提供了新思路,对改进香菇栽培技术有一定的参考意义。     

植物乳杆菌C88胞外多糖生物合成基因的克隆及序列比对

乳酸菌胞外多糖能显著改善发酵乳制品及食品的流变学和质构特性.为进一步了解乳酸菌胞外多糖的生物合成途径及调控机制,本研究对参与植物乳杆菌C88胞外多糖生物合成基因簇的部分序列进行了克隆和鉴定.根据GenBank中已报道植物乳杆菌基因序列的保守区域设计特异性引物,扩增出植物乳杆菌C88生物合成蛋白基因(cps4A)序列,并通过染色体步移方法克隆了植物乳杆菌C88 参与胞外多糖合成基因簇的部分序列(4.9 kb).利用生物信息学方法预测基因簇中6个阅读框的结构和功能,结果表明该序列与已报道的乳酸杆菌胞外多糖生物合成基因具有高度的同源性(>96%);对各阅读框功能预测分析发现,这6个基因主要编码参与胞外多糖合成中的多糖合成蛋白、糖链长度检测蛋白、UDP-葡萄糖-4-异构酶和糖基转移酶.本研究将为利用基因工程方法调控多糖的合成和产量提供理论依据.     

细菌多糖的生物合成机制

近些年来,细菌多糖因其重要的医学价值和工业用途引起了人们的广泛关注。随着细菌基因组的不断测序,众多与细菌多糖合成相关的基因簇被发现。不同多糖合成基因簇的比对分析结果表明,尽管自然界中多糖的结构复杂多变,但是它们的合成机制却是相对单一的。本文就当前国际国内不同细菌多糖的合成机制,以及多糖合成途径中相关糖基转移酶和聚合酶的研究进展进行了论述。     

甲羟戊酸途径限速步骤研究及其在产番茄红素重组大肠杆菌中的应用

甲羟戊酸途径(MVA途径)被引入重组大肠杆菌中,能够提高重组大肠杆菌中萜类化合物的合成能力。但因重组大肠杆菌中萜类化合物合成途径中间产物积累,导致细胞生长和萜类化合物合成受到限制。本研究在稳定表达MVA途径以及优化2-甲基-D-赤藻糖醇-4-磷酸途径(MEP途径)、番茄红素合成途径关键基因表达的重组大肠杆菌LYC103中,用质粒高表达MVA途径和番茄红素合成途径关键基因,挖掘该途径的限速步骤。结果表明,ispA、crtE、mvaK1、idi和mvaD基因过表达后,细胞生长没有明显变化,番茄红素产量依次提高了13.5%、16.5%、17.95%、33.7%和61.1%,说明这几个基因可能是合成番茄红素的限速步骤。mvaK1、mvaK2、mvaD三个基因在同一操纵子上,用mRNA稳定区(RNA stabilizing region)进行启动子文库(mRSL)调控mvaK1,相当于对3个基因同时调控。用高效基因组编辑技术(CAGO)对mvaK1基因的mRNA稳定区进行启动子文库的调控,得到菌株LYC104。番茄红素产量与对照菌株LYC103相比增加了2倍,细胞生长提高了32%。然后,利用CRISPR-Cas9技术在染色体lacZ位点整合idi基因,得到LYC105菌株。与出发菌株LYC103相比,细胞生长提高了147%,番茄红素产量增加了2.28倍。本研究在染色体上具有完整MVA途径的基础上,利用质粒高表达单个基因挖掘限速步骤,用同源重组方法整合限速基因、解除限速,为代谢工程构建高产菌株提供新策略。     

益智不同组织多糖含量及其生物合成途径分析

为了解益智（Alpinia oxyphylla）多糖生物合成途径关键酶功能,对其茎、叶、果实中的多糖含量及其单糖组成进行了研究,并采用Real-Time qPCR分析了益智多糖生物合成关键酶基因的表达模式。结果表明,益智多糖含量依次为果实 > 叶 > 茎,主要由葡萄糖、木糖、甘露糖、半乳糖和阿拉伯糖组成;利用益智转录组数据共获得47 690条unigenes,其中31 892条在NR、Swiss-Prot、KEGG、COG、KOG、GO和Pfam数据库获得注释,其中208个unigenes参与益智多糖的生物合成,涉及15个酶。表达分析表明,所筛选的18个基因在茎、叶、果实中均有表达,14个基因在果实中的表达量最高,以糖基转移酶基因和UDP-葡萄糖焦磷酸化酶基因的表达量最高,且其表达模式与不同组织中葡萄糖含量的变化一致。     

细菌胞外多糖的生物合成与基因控制

细菌胞外多糖是指细菌在生长发育过程中合成并分泌到细胞外的长链,高分子糖类聚合物。细菌胞外多糖的生物合成途径涉及装配、多聚化及运输三个过程,是多种酶和转运系统的结果,其发生的部位包括胞内和胞外,有些合成过程会发生在细胞壁上,对于胞外多糖合成相关基因的报道,发现控制胞外多糖合成是一大类基因簇,不同的菌株其基因簇的数量和种类各不相同。这些研究的不断更新为将来胞外多糖的应用提供了更加广阔的前景。     

海藻糖对香菇多糖代谢及关键酶基因表达的影响

香菇多糖是从香菇中纯化提取出来,具有药用价值的一种高分子葡聚糖。本研究以香菇新808为研究对象,探究不同浓度外源海藻糖处理下的香菇菌丝生长速率、生物量、多糖含量、菌丝胞内外酶的活性及多糖合成关键酶基因表达量的差异。本研究发现在2.5mg/mL浓度海藻糖处理下,香菇菌丝生物量和多糖含量相较于对照组显著提高,菌丝生长速率与对照组间没有显著差异;参与调控菌丝多糖合成的胞外酶(木质素过氧化物酶、漆酶、纤维素酶、锰过氧化物酶和半纤维素酶)及胞内酶(葡萄糖激酶、磷酸葡萄糖变位酶、磷酸葡萄糖异构酶)的活性与对照相比均显著升高;多糖合成关键酶基因LENED＿003770、 LENED＿004424、 LENED＿005589、 LENED＿010922和LENED＿012941的表达量相对于对照组均显著上调,而LENED＿009143基因表达量则明显下调。表明适宜浓度的外源海藻糖能有效提高香菇菌丝多糖合成量,有利于香菇多糖合成积累。     

外源茉莉酸甲酯诱导对香菇多糖代谢及关键酶基因表达的影响

香菇多糖是重要的生物活性成分,其药用价值高,茉莉酸甲酯有助于提高食用菌多糖含量,但关于其对香菇多糖合成的影响尚不清楚。本研究以香菇新808为实验材料,对不同浓度茉莉酸甲酯（MeJA）诱导下香菇菌丝生物量和生长速率、香菇多糖代谢关键酶活性及基因相对表达量、香菇多糖含量进行比较分析。结果表明：10μmol/L的茉莉酸甲酯可显著促进香菇菌丝生长并提高菌丝体生物量,分别是对照的1.14倍、1.2倍;与香菇多糖代谢相关的UDP-葡萄糖焦磷酸化酶（UGPase）、葡萄糖磷酸异构酶（PGI）、α-葡萄糖磷酸变位酶（α-PGM）活性增加,为对照组的1.58、1.13、3.21倍;其基因相对表达量较对照组也显著上调,为对照组的5.73、1.4、1.77倍;香菇多糖合成量显著增加,为对照组1.58倍。10μmol/L的MeJA处理后,香菇多糖代谢关键酶活性及基因相对表达量与多糖含量间存在显著的正相关关系,表明添加适宜浓度的茉莉酸甲酯会影响香菇菌丝的生长及多糖合成。     

A novel in silico approach to identify potential therapeutic targets in human bacterial pathogens

In recent years, genome-sequencing projects of pathogens and humans have revolutionized microbial drug target identification. Of the several known genomic strategies, subtractive genomics has been successfully utilized for identifying microbial drug targets. The present work demonstrates a novel genomics approach in which codon adaptation index (CAI), a measure used to predict the translational efficiency of a gene based on synonymous codon usage, is coupled with subtractive genomics approach for mining potential drug targets. The strategy adopted is demonstrated using respiratory pathogens, namely, Streptococcus pneumoniae and Haemophilus influenzae as examples. Our approach identified 8 potent target genes (Streptococcus pneumoniae?C2, H. influenzae?C6), which are functionally significant and also play key role in host-pathogen interactions. This approach facilitates swift identification of potential drug targets, thereby enabling the search for new inhibitors. These results underscore the utility of CAI for enhanced in silico drug target identification.     

绿色荧光蛋白GFP基因与新生隐球菌荚膜基因的融合表达系统

目的构建新生隐球菌荚膜基因与绿色荧光蛋白的融合表达系统。方法PCR法扩增CAP60基因片段,测序验证其准确性。将其与多个必需基因共同连人穿梭质粒。结果获得6150bps大小的质粒,该质粒含有荚膜基因启动子、终止子及荧光蛋白的基因。结论将新生隐球菌荚膜基因与荧光蛋白基因融合表达,将会有利于对荚膜的生化合成途径作进一步研究。     

活性污泥微生物胞外多聚物生物合成途径与菌胶团形成的调控机制

活性污泥法是借助活性污泥微生物菌胶团形成来实现泥水重力分离和部分污泥回用,辅以曝气供氧,在曝气池中高密度的微生物细胞可将溶解性有机污染物迅速降解、转化后为己所用,外排的剩余污泥带走大量有机质和氮磷,水质得以净化。活性污泥微生物所合成的胶质状胞外多聚物(Extracellular polymeric substances,EPS)是污泥菌胶团形成必不可少的"黏合剂",吸水性极高,这也造成剩余污泥难以处置和利用。我们初步总结了活性污泥微生物宏基因组研究概况,利用分子遗传学和基因组学手段,对活性污泥优势种动胶菌(Zoogloea)和其他菌胶团形成菌的EPS生物合成途径和菌胶团形成与调控机制加以研究,鉴定出一个约40 kb的胞外多糖生物合成大型基因簇和一个由7个基因组成的小型基因簇,该基因簇中除胞外多糖合成相关基因外,还编码组氨酸激酶Prs K和反应调节蛋白Prs R双组分系统,可激活RpoNσ因子共同调控一类称之为PEP-CTERM的新型胞外蛋白质的表达,参与菌胶团的形成。PEP-CTERM富含天冬酰胺(缩写为Asn或者N)残基,可能与胞外多糖通过N-连锁的糖基化形成复合物,包裹微生物细胞群体来介导菌胶团的形成。类似的PEP-CTERM基因和胞外多糖合成基因簇在许多重要的活性污泥细菌如聚磷菌和全程氨氧化菌中存在,说明这些细菌也是菌胶团形成菌,可通过污泥沉淀和回用在活性污泥中得以富集。这些研究结果可供活性污泥膨胀控制、污泥减量和剩余污泥资源和能源回收利用参考。     

Synthesis of the K5 (group II) capsular polysaccharide in transport-deficient recombinant Escherichia coli

Abstract The genes directing the expression of group II capsules in Escherichia coli are organized into three regions. The central region 2 is type specific and thought to determine the synthesis of the respective polysaccharide, whilst the flanking regions 1 and 3 are common to all group II gene clusters and direct the surface expression of the capsular polysaccharide. In this communication we analyze the involvement of region 1 and 3 genes in the synthesis of the capsular KS polysaccharide. Recombinant E. coli strains harboring all KS specific region 2 genes and having various combinations of region 1 and 3 gene were studied using immunoelectron microscopy. Membranes from these bacteria were incubated with UDP[¹⁴C]GlcA and UDPG1cNAc in the absence or presence of KS polysaccharide as an exogenous acceptor. It was found that recombinant strains with only gene region 2 did not produce the K5 polysaccharide. Membranes of such strains did not synthesize the polymer and did not elongate K5 polysaccharide added as an exogenous acceptor. An involvement of genes from region 1 (notably kps C and kps S) and from region 3 (notably kps T) in the K5 polysaccharide synthesis was apparent and is discussed.     

Guanosine diphosphate-4-keto-6-deoxy-d-mannose reductase in the pathway for the synthesis of GDP-6-deoxy-d-talose in Actinobacillus actinomycetemcomitans.

The serotype a-specific polysaccharide antigen of Actinobacillus actinomycetemcomitans is an unusual sugar, 6-deoxy-d-talose. Guanosine diphosphate (GDP)-6-deoxy-d-talose is the activated sugar nucleotide form of 6-deoxy-d-talose, which has been identified as a constituent of only a few microbial polysaccharides. In this paper, we identify two genes encoding GDP-6-deoxy-d-talose synthetic enzymes, GDP-alpha-d-mannose 4,6-dehydratase and GDP-4-keto-6-deoxy-d-mannose reductase, in the gene cluster required for the biosynthesis of serotype a-specific polysaccharide antigen from A. actinomycetemcomitans SUNYaB 75. Both gene products were produced and purified from Escherichia coli transformed with plasmids containing these genes. Their enzymatic reactants were analysed by reversed-phase HPLC (RP-HPLC). The sugar nucleotide produced from GDP-alpha-d-mannose by these enzymes was purified by RP-HPLC and identified by electrospray ionization-MS, 1H nuclear magnetic resonance, and GC/MS. The results indicated that GDP-6-deoxy-d-talose is produced from GDP-alpha-d-mannose. This paper is the first report on the GDP-6-deoxy-d-talose biosynthetic pathway and the role of GDP-4-keto-6-deoxy-d-mannose reductase in the synthesis of GDP-6-deoxy-d-talose.