微生物表面展示技术及其在环境污染治理中的应用

微生物表面展示技术是通过基因工程手段,将短的外源肽或蛋白质表达在微生物细胞表面,该技术可以应用于开发活的细菌疫苗、筛选抗体库、生产生物细胞吸附剂以及制备整细胞生物催化剂。通过金属高效结合肽的肽库筛选和微生物展示技术,将金属结合肽直接展示在微生物的表面,用于处理环境中的重金属污染,为环境中重金属污染的防治提供了一条崭新的途径。利用微生物表面展示技术制备整细胞催化剂,用于有毒有机污染物的处理,可以极大地加快污染物的降解速率。简要介绍了微生物表面展示技术及其在重金属污染治理和毒性有机污染物的脱毒等环境生物修复方面的最新研究进展。     

细胞表面展示技术在环境修复方面的研究进展*

人类社会工业化导致各种有毒物质被排放到环境中造成严重的污染。除了自然降解外,传统的处理方法包括化学转化、物理吸附、离子交换和电化学方法等,但存在二次污染、能源需求高、投资成本高、再生效率低、低浓度废水处理效率低等缺点。细胞表面展示技术是一种通过表面锚定蛋白在细胞表面连接功能肽的新型、高效的生物技术。与细胞内和分泌物表达系统相比,微生物表面展示的蛋白质对有机溶剂、蛋白酶、温度和pH的变化表现出更强的稳定性。通过细胞培养就可以获得固定在细胞表面的蛋白酶,避免了蛋白质纯化、浓缩等繁琐的程序。此外,细胞表面展示技术是良好的单细胞水平突变体文库高通量筛选平台。综述细胞表面展示技术在环境生物修复方面的研究进展,重点介绍该技术的应用和未来发展前景。     

细菌运载蛋白及在表面展示技术中的应用进展

细菌细胞表面展示技术是一项新的蛋白质应用技术,其体系由运载蛋白、靶蛋白和宿主菌三者构成,一般可将其分为革兰阴性菌展示体系和革兰阳性菌展示体系两大类。目前已证实多种具有锚定活性的运载蛋白,并用于不同靶蛋白的细胞表面展示体系。该技术现已被应用于活体重组疫苗的开发、蛋白质文库构建与筛选、生物传感器、全细胞生物催化剂、全细胞生物吸附与降解等多个研发领域。     

细菌显微追踪技术在生物被膜中的应用

细菌生物被膜是粘附于物体表面的由细菌细胞及其胞外物质组成的复杂膜样物聚集体,具有很强的耐药性和免疫逃逸能力。生物被膜内细菌的代谢活性、运动状态等与浮游细菌有明显区别。近年来,先进的显微成像技术结合新型图像处理方法,在研究细菌的运动、生理等方面发挥了重要作用。本文围绕生物被膜,概述了细菌显微追踪技术在其研究中的应用。主要从细菌的运动方式和生物被膜形成过程的调控两方面出发,介绍了在单细胞水平上利用该技术研究生物被膜的进展,包括细菌的游泳、蹭行、群集运动和多种信号通路调控下生物被膜的形成过程等,并展望了该技术在生物被膜其他相关研究领域的应用前景。     

芽胞表面展示技术研究进展

芽胞表面展示技术作为微生物表面展示技术的一种,因所表达的异源蛋白无需经过跨膜过程及芽胞的抗逆性等独特优势而备受研究者的关注。以下介绍了芽胞的生理结构和形成过程、芽胞表面展示系统构建原则及目前所构建的芽胞表面展示系统种类。芽胞表面展示技术不仅在疫苗生产中应用广泛,在生物催化和细胞工厂研究领域也具有广阔的应用前景。     

分子生物学技术在生物修复中的应用研究进展

随着分子生物学技术如分子杂交、PCR、电泳技术等的发展,微生物学研究领域发生了深刻的变革,灵敏的检测和精确的细菌鉴定成为可能.微生物分子生态学作为分子生物学与微生物生态学交叉而形成的学科,在生物修复方面得到广泛应用.从分子生物学实验技术角度综述了各种微生物分子生物学技术在生物修复中的应用研究情况.     

冰晶核蛋白及其在细菌表面展示技术中的应用

冰晶核蛋白(ice nucleation protein,INP)是一种分泌型外膜蛋白,广泛分布于丁香假单胞菌,荧光假单胞菌和其他革兰氏阴性菌中。由于其在相对高温下(-2~-4℃)形成冰核的特性,INP最早应用于生物制冷领域。在细菌表面展示技术中,冰晶核蛋白作为运载蛋白得到广泛的应用。与其他的表面技术载体蛋白相比较,冰晶核蛋白具有稳定表达外源蛋白及展示分子量较大的外源蛋白的优点。INP细胞表面展示技术已被应用于全细胞生物催化剂、全细胞吸附剂和环境污染物降解剂等的开发,本文将简述INP表面展示技术的研究进展。     

表面展示工程在酒精发酵方面的应用

目前,表面展示工程作为一种新型的极具应用潜力的技术手段,在组合文库的筛选、蛋白质工程、燃料乙醇的生产和生物修复等技术中已经扮演了极其重要的角色.介绍了表面展示工程在酒精发酵方面的应用,重点阐述酒精发酵过程中酶类展示原理和全细胞催化的应用前景.     

细菌表面展示技术的应用研究进展

细菌表面展示系统是微生物表面展示系统的一个重要分支。由于呈现载体灵活多样,可根据不同的需要呈现蛋白或多肽等特点,细菌表面展示技术近年来得到了迅猛发展,在重组细菌疫苗、抗原表位分析、全细胞催化剂、全细胞吸附剂、多肽库筛选等多个领域得到广泛应用。本文就细菌表面展示技术的应用研究作一综述。     

石油污染土壤的生物修复技术

简要综述了土壤生物修复技术及其在石油污染土壤修复中的应用现状,着重讨论了生物强化修复技术及其应用过程中所涉及的关键技术问题;介绍了真菌-细菌协同修复石油污染耕地以及该技术与秸秆填埋发酵相集成修复油-盐混合污染耕地的研究成果。     

Establishment of cell surface engineering and its development

Cell surface display of proteins/peptides has been established based on mechanisms of localizing proteins to the cell surface. In contrast to conventional intracellular and extracellular (secretion) expression systems, this method, generally called an arming technology, is particularly effective when using yeasts as a host, because the control of protein folding that is often required for the preparation of proteins can be natural. This technology can be employed for basic and applied research purposes. In this review, I describe various strategies for the construction of engineered yeasts and provide an outline of the diverse applications of this technology to industrial processes such as the production of biofuels and chemicals, as well as bioremediation and health-related processes. Furthermore, this technology is suitable for novel protein engineering and directed evolution through high-throughput screening, because proteins/peptides displayed on the cell surface can be directly analyzed using intact cells without concentration and purification. Functional proteins/peptides with improved or novel functions can be created using this beneficial, powerful, and promising technique.     

Versatile microbial surface-display for environmental remediation and biofuels production

Surface display is a powerful technique that uses natural microbial functional components to express proteins or peptides on the cell exterior. Since the reporting of the first surface-display system in the mid-1980s, a variety of new systems have been reported for yeast, Gram-positive and Gram-negative bacteria. Non-conventional display methods are emerging, eliminating the generation of genetically modified microorganisms. Cells with surface display are used as biocatalysts, biosorbents and biostimulants. Microbial cell-surface display has proven to be extremely important for numerous applications, ranging from combinatorial library screening and protein engineering to bioremediation and biofuels production.     

Cell-Surface display of heterologous proteins: From high-throughput screening to environmental applications

A variety of expression systems for the display of either short peptides or fully folded proteins on E.coli and, to a lesser extent, on Gram-positive bacteria have been developed. The expression of proteins on the surface of microbial cells has proved extremely important for numerous applications ranging from combinatorial library screening and protein engineering, to whole cell biocatalysts and adsorbants for bioremediation purposes.     

酵母表面展示体系的构建及在纤维素降解中的应用*

纤维素是来源广泛且储量较大的低成本可再生资源,但其结构致密难以利用。目前降解纤维素需要多种纤维素酶协作,而游离纤维素酶成本高、难以重复利用等问题限制了其广泛应用。利用酵母表面展示技术,可以将多个纤维素酶分别与锚定蛋白融合后共展示在细胞表面,从而构建酵母表面展示纤维素酶体系。这一体系可高效降解纤维素,一方面可以充分发挥表面展示的优点,如易回收、稳定性好、操作简单、成本低;另一方面可以将纤维素有效地降解为葡萄糖,并具有代谢产生物乙醇的潜力。阐述了酵母表面展示体系的构建原则,总结了影响展示体系效率的因素,介绍了这一技术在降解纤维素中的应用,为构建高效酵母表面展示纤维素酶体系及其他多酶体系提供参考。     

合成生物学技术在环境保护中的应用

合成生物学是一个基于生物学和工程学原理的科学领域，其目的是重新设计和重组微生物，以优化或创建具有增强功能的新生物系统。该领域利用分子工具、系统生物学和遗传框架的重编程，从而构建合成途径以获得具有替代功能的微生物。传统上，合成生物学方法通常旨在开发具有成本效益的微生物细胞工厂进而从可再生资源中生产化学物质。然而，近年来合成生物学技术开始在环境保护中发挥着更直接的作用。本综述介绍了基因工程中的合成生物学工具，讨论了基于基因工程的微生物修复策略，强调了合成生物学技术可以通过响应特定污染物进行生物修复来保护环境。其中，规律间隔成簇短回文重复序列（Clustered Regularly Interspersed Short Palindromic Repeats，CRISPR）技术在基因工程细菌和古细菌的生物修复中得到了广泛应用，生物修复领域也出现了很多新的先进技术，包括生物膜工程、人工微生物群落的构建、基因驱动、酶和蛋白质工程等。有了这些新的技术和工具，生物修复将成为当今最好和最有效的污染物去除方式之一。     

Perspectives on microbial cell surface display in bioremediation

The display of heterologous proteins on the microbial cell surface by means of recombinant DNA biotechnologies has emerged as a novel approach for bioremediation of contaminated sites. Both bacteria and yeasts have been investigated for this purpose. Cell surface expression of specific proteins allows the engineered microorganisms to transport, bio-accumulate and/or detoxify heavy metals as well as to degrade xenobiotics. These otherwise would not be taken up and transformed by the microbial cell. This review focuses on the application of cell surface displays for the enhanced bio-accumulation of heavy metals by metal binding proteins. It also reviews the biodegradation of xenobiotics by enzymes/proteins expressed on microbial cell surfaces.     

外源表位在Salmonella菌毛上的表达

过去的20年中,在细菌表面展示外源多肽的表达系统的研究取得了重要进展。而其中相当一部分是以细菌菌毛作为表达载体用于表达外源多肽或蛋白。本文将详述一种特殊的利用基因置换构建的沙门菌菌毛外源多肽展示系统,同时介绍一些其他的菌毛展示系统并探讨他们的优劣性。     

Development of a cell surface display system in a magnetotactic bacterium, "Magnetospirillum magneticum" AMB-1

Bacterial cell surface display is a widely used technology for bioadsorption and for the development of a variety of screening systems. Magnetotactic bacteria are unique species of bacteria due to the presence of magnetic nanoparticles within them. These intracellular, nanosized (50 to 100 nm) magnetic nanoparticles enable the cells to migrate and be manipulated by magnetic force. In this work, using this unique characteristic and based on whole-genomic and comprehensive proteomic analyses of these bacteria, a cell surface display system has been developed by expressing hexahistidine residues within the outer coiled loop of the membrane-specific protein (Msp1) of the "Magnetospirillum magneticum" (proposed name) AMB-1 bacterium. The optimal display site of the hexahistidine residues was successfully identified via secondary structure prediction, immunofluorescence microscopy, and heavy metal binding assay. The established AMB-1 transformant showed high immunofluorescence response, high Cd(2+) binding, and high recovery efficiency in comparison to those of the negative control when manipulated by magnetic force.     

丝状真菌表面展示技术研究进展

丝状真菌表面展示技术是将表达的目的蛋白固定在丝状真菌细胞表面的一项新兴基因工程技术。丝状真菌具有极强的蛋白质分泌能力和良好的蛋白质翻译后加工能力,因而越来越多的丝状真菌表面展示技术得到开发和应用。本文就丝状真菌表面展示系统的研发和应用进展进行综述,并介绍与该系统构建密切相关的丝状真菌的细胞壁组成、锚定蛋白和遗传转化方法等技术。