工业微生物解脂耶氏酵母及其应用研究*

解脂耶氏酵母是一种可利用多种底物发酵生产多种产品的非常规酵母,环境适应性强、易培养、安全性高。因此,该物种作为一种新型的生物工程菌株引起了科学界的广泛关注。近年来,工业生物技术因绿色、循环、低碳等优势成为新兴工业技术,在国内外得到了快速发展。介绍了解脂耶氏酵母的特征及其代谢生产各类化合物的方法,并通过对工业生物技术与传统化学化工技术的比较分析,阐述了工业生物技术的特点、研究现状及应用前景。     

代谢工程改造解脂耶氏酵母合成羧酸的研究进展

解脂耶氏酵母是一种具有独特生理代谢特征的非常规酵母.它具有可以利用多种廉价碳源、低pH值耐受性好、分泌能力强等优点,因此非常适合用于各种工业产品的微生物发酵.目前,解脂耶氏酵母已被证实具有高效生产多种(同源或异源)有机羧酸的能力.本文对近年来利用代谢工程及合成生物学技术改造解脂耶氏酵母生产羧酸的实例进行了总结,并重点介...     

机会性致病真菌解脂耶氏酵母研究进展CSCD

解脂耶氏酵母(Yarrowia lipolytica)是非常规酵母中最具代表性的一种二型性酵母,在现代生物医学和生物技术领域有着广泛的应用前景。然而,近年来不断有散发病例和医院感染的报道,尤其是可引起留置中心静脉导管的免疫缺陷或危重患者发生化脓性血栓静脉炎和真菌血症。本文旨在从病原真菌的角度出发,阐述解脂耶氏酵母流行病学、毒力因子、体外抗真菌药物敏感性以及临床诊疗的国内外研究进展。     

黑曲霉中内切菊粉酶基因及其全合成基因在解脂耶氏酵母中表达的比较

利用酵母密码子偏爱性将黑曲霉(Aspergillus niger)中的内切菊粉酶(Endoinu linase)基因通过基因全合成的方式合成为酵母密码子偏爱性的内切菊粉酶基因。然后将原始和全合成的内切菊粉酶基因克隆到解脂耶氏酵母表达载体PINA1296上,得重组解脂耶氏酵母表达载体pHBM2020、pHBM2021,将两种质粒分别转化解脂耶氏酵母(Yarrowia lipolytica)CLIB725,筛选得到重组解脂耶氏酵母CLIB725(pHBM2020)、CLIB725(pHBM2021),将两种重组酵母摇瓶培养,经SDS-PAGE、测酶活检测表明两种基因在解脂耶氏酵母中都有表达,全合成菊粉酶比原始菊粉酶酶活要高。     

解脂耶氏酵母表达调控工具的开发及天然产物合成的研究进展

解脂耶氏酵母是一种重要的产油酵母,由于其能利用多种疏水性底物,具有良好的耐酸、耐盐等胁迫耐受性,具有高通量的三羧酸循环,可提供充足的乙酰辅酶A前体等特点,被认为是生产萜类、聚酮类和黄酮类等天然产物的理想宿主,在代谢工程领域有着广泛的应用。近年来,越来越多的基因编辑、表达和调控工具被逐渐开发,这促进了解脂耶氏酵母合成各种天然产物的研究。文中综述了近年来解脂耶氏酵母中基因表达和天然产物合成方面的研究进展,并探讨了在该酵母中异源合成天然产物所面临的挑战和可能的解决方案。     

代谢工程改造解脂耶氏酵母合成植物萜类化合物的研究进展

萜类化合物是一类广泛存在于植物中的天然产物,其在食品、药品和化工等多个领域中均有广泛的用途,市场潜力巨大。因此,开发生产萜类化合物等植物天然产物可再生的微生物资源来补充甚至代替原有稀少和珍贵的植物资源,具有重要的理论意义和潜在的应用价值。解脂耶氏酵母是目前使用最广泛的非常规酵母底盘细胞之一。近年来,利用代谢工程及合成生物学技术在解脂耶氏酵母底盘细胞中重构与优化萜类化合物的合成途径以实现目标代谢产物的高效合成,已经成为一项研究热点。本文系统总结了有关利用解脂耶氏酵母作为底盘细胞异源生产植物萜类化合物的具体实例和最新进展,包括所涉及的宿主菌株、关键酶、代谢途径及改造策略等,并在最后对该领域的未来发展方向进行了展望。     

解脂耶氏酵母tsr1突变体的构建

将解脂耶氏酵母与蛋白质分泌有关的TSR1基因编码区部分缺失的DNA片段转化一株解脂耶氏酵母,通过体内同源重组,部分缺失的外源tsr1片段取代了酵母染色体上的正常的TSR1基因,从而获得tsr1的转化子。Southern杂交结果表明,用该法成功地构建了tsr1突变体,这为进一步研究解脂耶氏酵母TSR1基因的功能奠定了基础。     

解脂耶氏酵母基于木质纤维素原料生产化学品研究进展*

解脂耶氏酵母具有遗传背景清晰、分子操作体系较为成熟、抗逆性强、底物谱广、有机酸和蛋白质分泌能力强等优点,在微生物发酵生产化学品领域极具应用潜力。木质纤维素是丰富的可再生生物质资源,以木质纤维素原料替代化石原料生产化学品对于缓解全球能源危机、保障粮食安全等意义重大。解脂耶氏酵母可以天然代谢木质纤维素水解产生的葡萄糖,但对其他水解产物(如木糖)的利用效率极低。综述解脂耶氏酵母利用木质纤维素原料的代谢途径及改造策略,以木质纤维素原料生产化学品为例,重点讨论该过程中的主要瓶颈问题及解决办法,为后续研究提供参考。     

解脂耶氏酵母表达系统研究进展

解脂耶氏酵母（Yarrowia lipolytica）是非常规酵母中具代表性的一种,它底物广泛,尤其能利用有机酸（柠檬酸、异柠檬酸）,蛋白类（蛋白酶、脂肪酸、酯酶、磷酸酶、α-甘露糖苷酶、RNase）。烷烃类廉价物质作为底物分泌大量的代谢产物,自上世纪40年代被发现以来,越来越受到研究者的重视,并于上世纪90年代被开发成为一种新的酵母表达系统,用于42种异源蛋白的高效表达。综述了解脂耶氏酵母表达系统及其特点,有利于研究者从转录和翻译的水平研究异源蛋白在此菌中的表达分泌路径以及寻找到调控型启动子。     

解脂耶氏酵母中囊泡蛋白YlSec15的鉴定及功能研究

解脂耶氏酵母(Yarrowia lipolytica)进行出芽繁殖时,决定未来分裂平面的出芽位点不是随机选取的,而是选择在前一次细胞分裂位置的对侧出芽,即进行双极出芽。目前对解脂耶氏酵母双极出芽的分子调控机制并不清楚。通过观察蛋白定位及过量表达的方法研究了解脂耶氏酵母中囊泡蛋白YlSec15的功能。结果表明:YlSec15在细胞中有明显的极性定位,在细胞的小芽内以及大中芽的芽颈处富集,过量表达YlSec15抑制了菌丝的形成并使得部分细胞的出芽位点选择方式由双极出芽转变为随机出芽,而引起这一变化的原因可能是由于过量的YlSec15在细胞中不能进行正常的极性定位。此外,YlSec15可能是通过YlRas2介导的信号通路参与调控细胞的菌丝形成及双极出芽。这一发现丰富了解脂耶氏酵母中双极出芽的分子调控机制,也证明了极性生长与囊泡运输之间是相互影响的。     

A new recombinant protein expression system for high-throughput screening in the yeast Yarrowia lipolytica

Development of a high-throughput eukaryotic screening procedure is important to increase success in obtaining improved enzymes through directed enzyme evolution. This procedure was developed for the yeast Yarrowia lipolytica which becomes the second eukaryotic host for this purpose. The extracellular lipase Lip2 was used as expressed enzyme but this system will be easily adjusted for other enzymes. We adapted and optimized the protocol for protein expression by Y. lipolytica in 96-well microplates. Yeast transformation efficiency and expression cassette insertion were increased by constructing a strain containing a zeta docking platform for targeted integration into the genome. The coefficient of variance of the full process was reduced from 36.3% to 18.9%. The main part of the variability (11.7%) arises from the specific lipase enzyme assay whereas the coefficient of variance concerning transformation, growth and expression steps represents only 7.2%. The rate of clone with no activity was reduced from 5.8% to 0.2%. Both transformation efficiency and variability are then compatible with high-throughput screening in the yeast Y. lipolytica.     

Influence of compressed fluids treatment on the activity of Yarrowia lipolytica lipase

This work investigated the influence of temperature, pressure, exposure times and depressurization rate on the activity of a non-commercial immobilized lipase from Yarrowia lipolytica (YLL) submitted to compressed carbon dioxide, propane and n-butane. A high-pressure cell was employed in the experiments, in the pressure range of 10–280 bar, varying the temperature from 35 to 75 °C, exposure times from 1 to 6 h, and adopting distinct decompression rates. Results showed that significant activity losses were obtained when the treatment was conducted in carbon dioxide, while negligible losses were observed in both propane and n-butane. For the treatment with carbon dioxide, within the range studied, the decompression rate affected positively enzyme activity, while the exposure time and temperature presented an opposite effect on the non-commercial immobilized lipase from Y. lipolytica (YLL). Additionally, the performance of two commercial immobilized lipases (Lipozyme IM and Novozym 435) and the immobilized YLL in the three solvents was compared. Immobilized YLL has shown to be more suitable than Lipozyme IM for enzyme-catalyzed reactions using compressed propane and n-butane as solvents, but with inferior performance compared to Novozym 435 treated in these solvents.     

淹水胁迫对星花玉兰及其品种光合特性的影响

为探究星花玉兰（Yulania stellata）光合生理特性对淹水胁迫的响应规律,采用双套盆法对星花玉兰及其4个品种进行淹水处理,测定不同淹水时间叶绿素含量、比叶面积、光合参数和叶绿素荧光参数的变化。结果表明：①在淹水胁迫下,各品种叶绿素a、叶绿素b和总叶绿素变化趋势基本一致,‘皮鲁埃特’和‘菊花’未出现显著性变化,星花玉兰、‘贝蒂’和‘朱迪’呈下降趋势。②各品种的净光合速率（P_n）呈下降趋势,处理组最大净光合速率（P_nmax）与光饱和点（L_SP）均显著低于对照组;‘菊花’和‘皮鲁埃特’的暗呼吸速率（R_d）为处理组高于对照组,而‘贝蒂’、‘朱迪’和星花玉兰的Rd在淹水处理后显著降低,光合产物消耗减少。③各品种星花玉兰的最大光化学量子产量（F_v/F_m）均为下降趋势。‘皮鲁埃特’与‘朱迪’有效光化学量子产量（Φ_PSⅡ）在淹水胁迫下整体下降幅度较小,分别为8.4%和24.7%;‘菊花’、‘贝蒂’和星花玉兰则下降幅度较大,分别为76.7%、85.7%和64.6%。淹水胁迫影响星花玉兰及其品种光合特性,不同品种有差异,除‘贝蒂’外其余4个星花玉兰品种在处理前7 d时光合作用正常进行,‘皮鲁埃特’具有较强的光合能力和涝害适应能力。研究结果可为筛选适应南方湿涝地区或易积水地区栽植的星花玉兰品种提供理论依据。     

丝兰属6种植物叶绿体基因组特征分析

为了理清丝兰属（Yucca）叶绿体基因组特征和序列变异情况,进行丝兰属植物叶绿体比较基因组学分析,并构建基于叶绿体基因组的系统发育树。利用高通量测序技术获得无刺龙舌兰（Y. treculeana）叶绿体基因组序列,结合丝兰属现已发表的叶绿体基因组,使用生物信息学方法对6种丝兰属植物叶绿体全基因组进行基本结构、重复序列、边界收缩与扩张以及序列变异分析等在内的比较基因组学研究,并进行系统发育分析。结果表明：6种丝兰属植物叶绿体基因组大小、基因的类型及数目相近,种间基因组结构比较保守;从丝兰属植物叶绿体基因组中检测到多条重复序列,其中SSR位点多是由单核苷酸、双核苷酸和四核苷酸组成,且偏好使用A、T碱基;根据核酸多态性指数π≥0.008,在6种丝兰属植物叶绿体基因组中筛选出了psbK-psbl-trnS-GCU、rpl20-rps12和ccsA-ndhD 3个高变异区域;基于叶绿体全基因组和LSC+SSC区序列构建的系统发育关系基本一致,确定了6种丝兰属植物间的系统发育关系,其中无刺龙舌兰与克雷塔罗丝兰（Y. queretaroensis）的亲缘关系最近。本研究测序获得了无刺龙舌兰叶绿体基因组,揭示了6种丝兰属植物叶绿体基因组特征和序列变异情况,明确了各物种间的亲缘关系,研究结果可为后续丝兰属植物分子标记开发及系统发育研究提供参考。     

引入新型异戊二烯醇利用途径促进解脂耶氏酵母中β-胡萝卜素的合成*

目的:微生物体内异戊二烯类化合物的前体物异戊烯焦磷酸酯的天然合成路径受到严格的代谢调控,因此限制了异戊二烯类化合物的高效生物合成,而新型异戊二烯醇利用途径独立于生物体内源性代谢路径,通过在微生物中引入IUP能够进行异戊烯焦磷酸酯的大量合成,从而促进异戊二烯类化合物的大量合成。方法:在油脂酵母解脂耶氏酵母中引入IUP,强化异戊烯焦磷酸酯生物合成,促进β-胡萝卜素的高效积累。结果:通过生物信息学的方法预测IUP中两个关键蛋白酿酒酵母来源的胆碱激酶ScCK和拟南芥来源的异戊烯磷酸激酶AtIPK,均为酸性亲水性蛋白,无跨膜区和信号肽,二者都具有疏松不稳定的结构特征,显著富集于磷酸类物质的合成通路中。在解脂耶氏酵母中利用同源重组技术引入外源β-胡萝卜素合成关键基因carRP和carB,强化甲羟戊酸途径的关键基因thmgR和ggs1,使工程菌株中积累2.68 mg/L β-胡萝卜素。通过Cre-loxP系统回收基因组上的ura标签,再将IUP进一步整合到工程菌株染色体上。当培养基中含有20 mM异戊二烯醇作为底物、碳氮比为4/3且发酵96 h后,重组解脂耶氏酵母中β-胡萝卜素的产量提高到410.2 mg/L,较原始工程菌的产量提高了近200倍。结论:IUP能够促进解脂耶氏酵母中β-胡萝卜素的高效积累,为利用IUP开展β-胡萝卜素和其他异戊二烯类化合物的高效生物合成提供新思路。     

中国工业生物技术发展态势分析与展望

现代生物技术逐渐进入大规模产业化阶段,全球生物经济快速发展,工业生物技术作为生物经济的支柱,支撑生物制造、生物能源、生物农业、生物医药、生物环保和生物服务等产业发展。分析和展现了中国近期在工业生物技术领域基础研究、应用研究、技术转化与产业发展方面取得的进展和成就,反映了中国工业生物技术发展的现状与趋势,并提出了未来发展的挑战与机遇。     

特殊酵母工业应用专利发展态势分析

特殊酵母作为区别于传统酵母之外的一类生物资源,具有广泛的工业应用前景。基于incoPat数据库收录的专利数据,以特殊酵母工业应用领域的专利为研究对象,从专利分析的角度,揭示了全球特殊酵母工业应用领域技术创新的发展态势、技术分布、主要申请机构、研究热点以及各类特殊酵母的应用优势等。结果表明:全球特殊酵母工业应用领域的专利公开数量在2001~2020年期间整体呈不断增长的趋势,并在2019年达到峰值;专利保护区域主要为美、中、韩、日、欧等国家或地区,其中国内外申请机构的研发侧重点各有不同,以帝斯曼、纳幕尔杜邦、诺维信等为代表的国外工业生物技术公司注重特殊酵母基础技术的知识产权保护,以江南大学为代表的国内科研院校比较注重毕赤酵母应用技术的开发。重点分析了特殊酵母工业应用领域近年来各类特殊酵母在不同技术分支和创新程度上的差异,旨在为我国特殊酵母工业应用领域科研决策和科研工作提供参考。     

解脂假丝酵母(Candida lipolytica)对铜的吸附

研究了解脂假丝酵母的表面特性及培养时间、pH值、铜浓度、菌体投加量、吸附时间等因素对铜吸附的影响,并探讨了吸附动力学特征。结果表明,菌体表面可能有-OH和-PO₄^3-,培养96 h的菌体吸附性能最佳,适宜pH为4.0-6.0,适宜菌体投加量为25.0g·L^-1(湿重)。在初始浓度为20mg·L^-1的铜溶液中投加25.0g·L^-1(湿重)的菌体,吸附2h,铜的去除率最高达86.5%。铜浓度为5,10mg·L^-1时,铜的去除率高达95%以上。动力学分析表明,在实验设定的浓度范围内解脂假丝酵母对铜的吸附基本符合Freundlich吸附模型。红外光谱分析表明吸附后-OH吸收峰蓝移18cm^-1,其它吸收峰没有明显的变化。