链霉菌转运系统研究进展

链霉菌是具有复杂生命周期的革兰氏阳性细菌,其丰富多样的次级代谢产物使得链霉菌成为天然抗生素来源最为广泛的菌株。目前链霉菌研究主要集中在次级代谢和形态分化过程。近年来,因链霉菌转运系统在次级代谢和形态分化等过程中发挥重要作用而得到研究者们的极大关注。链霉菌转运系统不仅能够通过信号转导系统直接参与菌丝体形态分化过程,而且能够运送抗生素等次级代谢产物,使其在链霉菌工业生产方面具有极大的应用前景。除此之外,转运系统作为菌体“第一道门”,能够运送营养物质来改变初级代谢过程,进而影响形态分化和次级代谢等过程,使菌体能迅速适应复杂的环境。因此,链霉菌中转运系统的研究对其形态分化调控通路的阐释具有重要的指导意义。     

链霉菌形态分化与次级代谢产物合成的研究进展

链霉菌是一类具有复杂的形态分化周期和强大的次级代谢能力的高GC含量的放线菌,能够利用其初级代谢产生的前体化合物和能量,合成多种结构复杂、功能多样的具有生物活性的次级代谢产物,在农业、食品、畜牧业、工业以及医药研究等领域都具有重要的价值。在链霉菌的形态分化后期常常伴随着次级代谢产物的生物合成,并且两者都受到复杂的网络调控;同时链霉菌的形态对次级代谢产物的产量和种类造成很大影响。对链霉菌生长周期的全面理解将加深对链霉菌形态分化与次级代谢产物合成关系的认识。本文将对链霉菌的形态分化过程、形态分化和抗生素合成两者共同的调控因子以及链霉菌形态与抗生素产量之间的关系进行综述,这将有助于理解抗生素的合成过程,也将会在缩短发酵周期、构建高产工程菌株、新型杀菌剂的研发以及新型抗生素的合成等方面给予我们启发。     

无机磷酸盐对链霉菌合成次级代谢产物的影响

链霉菌一个突出的特征是具有合成丰富的次级代谢产物的能力,许多次级代谢产物,如抗生素、免疫抑制剂、抗癌物质等在临床医药、水产养殖业等领域具有重要的应用价值。链霉菌次级代谢产物的合成常与环境中的营养因子有着密切的关系,在代谢水平上综述了无机磷酸盐对链霉菌合成次级代谢产物的影响,并在转录水平上阐释了双组分信号转导系统PhoR-PhoP的分子调控机制。PhoR-PhoP能够感应环境中的无机磷酸盐信号,当无机磷酸盐的浓度低于一定"阈值"时,PhoP蛋白作为主导的调控因子将抑制参与中心代谢和次级代谢等一系列基因的转录表达,减慢磷酸盐的消耗,并激活磷酸盐的摄取和转运系统及时补充胞内的磷酸盐,最终影响链霉菌次级代谢产物的合成和形态发育分化。     

线粒体拟核结构及相关疾病研究进展

线粒体DNA(mitochondrial DNA,mtDNA)与一系列蛋白质相互作用形成核蛋白复合体,并包装折叠成类似原核生物拟核的结构,称为线粒体拟核(mitochondrial nucleoid)。参与线粒体拟核组成的相关蛋白包括线粒体转录因子、线粒体单链DNA结合蛋白以及多种参与线粒体中代谢途径的多功能蛋白。线粒体拟核结构的阐明对于进一步研究线粒体形态与功能以及mtDNA的遗传模式、基因表达调控具有重要意义。本文综述了线粒体拟核结构的最新研究进展,着重介绍组成拟核结构的重要蛋白,以及这些蛋白如何将mtDNA与柠檬酸循环等线粒体重要代谢途径相联系。同时,拟核相关蛋白(nucleoid-associated protein)的异常涉及多种人类疾病,这为研究线粒体相关疾病提供了新的思路。     

链霉菌调控蛋白DasRABC的研究进展

越来越多的研究证明DasR及其相邻的DasABC转运蛋白超家族在链霉菌代谢和形态分化中发挥重要调控作用。就DasR的结构、调控序列特点及其与DasABC的关系、DasRABC调控链霉菌发育及次生代谢、DasRABC与链霉菌营养利用等几方面讨论调控蛋白DasRABC的研究进展。     

拟核结合蛋白与细菌基因的表达调控

拟核结合蛋白是细菌遗传物质组织和基因表达调控的关键. 细菌基因组压缩为致密的拟核必需有拟核结合蛋白的支撑. 拟核结合蛋白、DNA超螺旋和大分子簇在拟核的结构形成中起到重要作用,其中拟核结合蛋白最重要.拟核结合蛋白还影响细菌DNA的复制、重组、转录和修复等多个重要生理过程.作为全局调控因子,拟核结合蛋白是调控细菌适应环境变化所需基因表达的关键. 本文总结拟核结合蛋白的结构、功能和调控,特别是其在致病与非致病分枝杆菌中的差别,为寻找新药物靶标提供线索.     

链霉菌的全局调控蛋白DasR

链霉菌能够产生多种次级代谢产物,在临床、农牧业、生物技术等领域具有重要应用价值;对链霉菌的调控网络进行深入研究有助于提高次级代谢产物产量并发现新的次级代谢产物.链霉菌中次级代谢产物生物合成按调控通路分为全局调控与途径特异性调控,其中全局调控蛋白可靶向多种通路特异调控基因和生物合成基因,在链霉菌的生命活动中发挥着更为普遍...     

羊毛硫肽SapB类多肽促进链霉菌形态分化作用的研究

【目的】链霉菌属于革兰氏阳性菌,以复杂的形态分化过程和强大的次级代谢产物合成能力为主要特征。链霉菌的形态分化与次级代谢产物的产生密切相关。Ⅲ型羊毛硫肽SapB能够促进天蓝色链霉菌气生菌丝体形成,暗示这类多肽可以作为靶标用于形态分化改造工程开发。本研究表征了SapB类多肽对多种链霉菌形态分化的影响,为该类多肽的工程化应用提供理论基础。【方法】生物信息学分析多个链霉菌基因组中SapB类多肽的生物合成基因簇,构建SapB类多肽的异源表达载体,利用接合转移方法导入不同链霉菌中进行异源表达,探究SapB类多肽对链霉菌形态分化的影响。【结果】SapB类多肽在不同程度上促进了多个链霉菌由营养菌丝向气生菌丝分化,表现为气生菌丝体数量的增多和分化速度的加快,缩短了链霉菌形态分化周期。【结论】SapB类多肽的过表达有助于缩短链霉菌形态分化周期,可用于针对链霉菌形态分化的工程改造。     

链霉菌次级代谢调控相关的双组分系统研究进展

链霉菌具有强大的次级代谢能力, 能够产生众多具有生物活性的次级代谢产物, 如目前广泛应用的抗生素、抗肿瘤药物以及免疫抑制剂等。在链霉菌中, 次级代谢产物的生物合成受到包括途径特异性、多效性以及全局性调控基因在内的多层次严格调控。关键调控基因的缺失或过表达可以显著影响次级代谢产物的生物合成, 提示对于链霉菌次级代谢重要调控基因的功能及其作用机制的研究具有巨大的潜在应用价值。其中, 作为细菌信号传导系统的双组分系统(Two-component system, TCS)一直是大家研究的关注点。越来越多的研究表明TCS在链霉菌次级代谢过程中发挥着全局性的调控功能。本文重点介绍链霉菌模式菌株——天蓝色链霉菌中TCS(包括典型TCS)、孤立的组氨酸蛋白激酶(HK)以及应答调控蛋白(RR)参与次级代谢调控的研究进展。这些TCS的功能鉴定及机制解析为工业链霉菌的定向遗传改造以提高重要次级代谢产物的含量提供了理论依据。     

链霉菌次级代谢调控机制进展

链霉菌除具有复杂的形态分化特征外 ,还可以产生多种具有重要应用价值的次级代谢产物 ,这两个过程密切相关。因此 ,链霉菌存在着原核生物中罕见的庞大而复杂的调控网络。链霉菌在遗传水平有三个层次的调控 ,分别是 :途径特异性调控、多效调控和全局调控。阐明这些调控网络将为利用代谢工程手段提高次级代谢产物的产量并对其进行结构改造奠定理论基础 ,还将有助于发现新的有价值的天然产物。     

Autoregulatory Factors of Secondary Metabolism and Morphogenesis in Actinomycetes

Abstract

The Gram-positive bacterial genus Streptomyces possesses interesting biological aspects, such as the ability to produce a wide variety of secondary metabolites and a mycelial form of growth that culminates in sporulation. A close relationship of secondary metabolism and cell differentiation has been well recognized; secondary metabolism might be a physiological expression of cell differentiation. A variety of diffusible low-molecular-weight chemical substances have been found to function in general as regulatory factors, like “hormones” in eukaryotes, for secondary metabolism and cell differentiation. Among these factors, A-factor has been most extensively studied. This review summarizes recent research on the chemical structures, functions, biosyntheses, and mode of action of these regulatory factors.     

Improvement of transglutaminase production by extending differentiation phase of Streptomyces hygroscopicus: mechanism and application

Streptomyces transglutaminase (TGase) is an important industrial enzyme that catalyzes cross-linking of proteins. It is secreted as a zymogene and then is activated by proteases under physiological conditions. Although the activation process of TGase has been well investigated, the physiological function of TGase in Streptomyces has not been revealed. In this study, physiological function of TGase from Streptomyces hygroscopicus was found to be involved in differentiation by construction of a TGase gene interruption mutation strain (Δtg). The mutant Δtg showed an absence of differentiation compared with the parent strain. Furthermore, the production of TGase was found to be increased with the extending growth arrest phase of mycelium in submerged cultures. Thus, to enhance yield of TGase, the mycelium differentiation of Streptomyces was regulated via low temperature stress in a 3-L stirred-tank fermenter. The production of TGase increased by 39 % through extending the growth arrest phase for 4 h. This study found that TGase is involved in Streptomyces differentiation and proposed an approach to improve TGase production by regulation of mycelium differentiation in submerged cultures.