组合代谢调控提高大肠杆菌对氨基苯甲酸产量

对氨基苯甲酸是一种重要的有机合成中间体,广泛应用于医药、染料等行业。近年来对氨基苯甲酸作为一种潜在的高强度共聚物单体越来越受到重视。对氨基苯甲酸作为叶酸合成的前体之一,其合成在大肠杆菌体内由叶酸合成途径的pabA、pabB和pabC三个基因负责,催化分支酸合成对氨基苯甲酸。本研究以实验室构建的酪氨酸高产工程菌TYR002作为出发菌株,首先弱化双功能分支酸突变酶/预苯酸脱氢酶TyrA的表达,以减少酪氨酸积累,然后利用3种不同强度的组成型启动子分别调控pabA、pabB和pabC的表达。摇瓶发酵表明不同的组合调控模式下大肠杆菌发酵培养基中的对氨基苯甲酸积累量存在显著差异,最高可获得0.67 g/L的摇瓶发酵产量。进一步通过发酵条件优化和分批补料发酵,在5L发酵罐中获得了6.4g/L的对氨基苯甲酸产量。本研究为改善对氨基苯甲酸生物合成效率提供了重要理论参考。     

生物催化剂立体选择性的基因工程改造

野生型生物催化剂对于其天然底物通常具有较好的反应活性和选择性,但生物催化剂在有机合成中应用时多数情况下是非天然底物,这就要求对野生型生物催化剂进行改造,以提高其对非天然底物的反应活性、稳定性和选择性(包括区域选择性和立体选择性)。以下根据酶催化剂的类型总结了近几年来通过基因工程改变生物催化剂的立体选择性的最新进展,盼望起到抛砖引玉的作用,以此促进我国在这一领域的快速发展。     

草坪系统对城市降雨初期径流氮污染控制作用

为了控制城市旅游区降雨径流污染,在武汉动物园鹿苑区构建草坪系统,研究了草坪系统对城市降雨初期径流氮污染的控制与持留作用。结果表明：草坪系统使预处理后降雨径流中的总氮（TN）、溶解态总氮（DN）和铵态氮（NH₄⁺-N）浓度分别降低16.0％、13.9％和75.6％;草坪系统对氮素的持留率为NH₄⁺-N>90%、TN、DN>65％、硝态氮 (NO₃^--N)>5％;水力负荷显著影响TN出水浓度和处理效率,进水浓度相近、水力负荷从3.3 cm·d^-1升高到8.3 cm·d^-1,TN去除率由28.0%降低至19.8%;草坪宽度影响污染物出水浓度,NH₄⁺-N浓度随着草坪宽度增加而下降,而NO₃^--N浓度变化趋势与之相反,DN在流程10 m处出现最低值。草坪系统在净化降雨初期径流的同时利用了营养盐和水资源,降低了草坪维护的水肥投入。     

代谢工程改造大肠杆菌生产水杨酸葡萄糖苷

水杨酸葡萄糖苷(salicylate 2-O-β-D-glucoside,SAG),是植物中水杨酸的一种存在形式。水杨酸葡萄糖苷也具有消炎止痛的作用,和水杨酸、阿司匹林对比,表现出更小的刺激性,是一种具有潜力的消炎护肤物质。通过生物法利用可再生资源进行水杨酸类物质的生产方式,与传统工业法生产相比对环境更加友好。本研究以大肠杆菌(Escherichia coli)Tyr002作为出发菌株,引入铜绿假单胞菌(Pseudomonas aeruginosa)异分支酸裂解酶基因pchB,首先构建了大肠杆菌水杨酸生产菌株。通过调控下游不同芳香族氨基酸代谢途径关键基因表达,菌株摇瓶发酵水杨酸产量达到1.05 g/L。之后,通过在水杨酸生产菌株中引入植物来源水杨酸糖基转移酶,对水杨酸进行糖苷化修饰。新构建的菌株摇瓶发酵水杨酸葡萄糖苷产量达到5.7 g/L。在5 L发酵罐分批补料发酵中,水杨酸葡萄糖苷的产量达到36.5 g/L,是目前报道的最高产量。本研究为水杨酸类化合物的微生物合成提供了重要参考。     

黄酮6位羟基化酶催化机制的理论研究与应用

灯盏乙素发酵生产过程中,黄酮6位羟基化酶催化效率不足,导致产生至少约18%的副产物。本研究以2种黄酮6位羟基化酶CYP82D4与CYP706X为研究目标,通过分子动力学模拟与量子化学计算,对两种黄酮6位羟基化酶的催化机制进行解析。结果表明,CYP82D4与CYP706X在反应决速步的能垒几乎相同,应当具有相似的反应速率,而CYP82D4相对较小的底物结合能可能有利于产物释放,是其具有更高催化效率的直接原因。最后,基于对底物进出过程的研究,CYP82D4的L540A突变将催化效率提高了1.37倍,证明了理论计算指导黄酮6位羟基化酶改造优化的可行性。本研究揭示了黄酮6位羟化酶的催化机制,为对其进行改造优化以提高灯盏乙素的发酵生产效率提供了参考。     

高通量技术在萜类合成酶筛选中的应用

萜类化合物种类繁多,生物活性多样,在食品、药品与化妆品等行业中具有广泛的应用。萜类化合物多来源于植物,然而随着合成生物学的快速发展,相较于传统的天然植物提取与化学合成方法,利用工程微生物进行萜类化合物异源合成的方法显得更为经济与环保。萜类合成酶的催化活性及合成产物的结构特性是萜类化合物异源合成的关键。通过蛋白定向进化与理性设计可以有针对性地优化萜类合成酶的催化性能及产物专一性,但该方案需要一个特异的筛选方法来实现蛋白突变体库的高通量筛选。近年来,一系列高通量筛选方法的建立使得萜类合成酶的筛选变得更加灵敏与高效。本文对近期建立的萜类合成酶高通量筛选方法进行了综述,简要概述了各种筛选方法的基本原理与优缺点,并对高通量筛选技术在萜类合成酶改造中的应用做出了展望。     

高效解磷菌的筛选及其促生机制的初步研究北大核心CSCD

旨在研制出可替代化学肥料的新型肥料。利用无机磷固体培养基从环境中筛选到27株解无机磷菌;采用钼锑抗比色法进行溶磷能力分析,发现27株解磷菌中qzr14的解磷能力最高(270 mg/L);盆栽试验结果表明27株解磷菌中qzr14对黄瓜苗的促生效果较好,与对照相比,可提高黄瓜苗株高27.71%、干重98.46%、鲜重57.01%;通过对qzr14发酵液中的有机酸进行实时监测,发现qzr14主要通过分泌葡糖酸溶解不溶性磷;通过对盆栽土壤中磷组分的分析,发现接种qzr14 4 d后的土壤中有效磷占总磷的百分比(19.62%-22.57%)均显著高于空白对照的百分比(12.53%-17.35%),说明qzr14可溶解土壤中不溶性磷;生化实验结果表明qzr14还具有固氮和解钾能力;通过16S r DNA序列分析初步鉴定q zr14为葡糖醋杆菌属。从环境中筛选到一株高效解磷的葡糖醋杆菌qzr14,并首次报道了其促生机制。糖醋杆菌qzr14可能通过分泌葡糖酸溶解土壤中的磷,为黄瓜苗提供较多的有效磷,从而促进黄瓜苗生长,还可能通过解钾和固氮作用促进黄瓜苗生长,是一种潜在的微生物肥料。     

真菌生物信息学研究概况

真菌是真核生物的一大类群,主要包含酵母、霉菌之类的微生物以及最为人所熟知的菇类,无论是在生态、生命周期以及形态都有很大的差别.然而,到目前为止,对于真菌界的了解还很少,预估大约有150万个物种,之中已知种约占5％.1986年,美国科学家Thomas Roderick提出了基因组学概念,1990年代几个物种基因组计划的启动,揭开了历史性的一页.随着生物实验技术和信息处理技术的迅速发展与提高,生物信息学的概念应运而生,利用数学、信息学、统计学和计算机科学的方法研解决生物学的问题.介绍真菌的测序技术,概述了真菌基因组学、转录组学、蛋白质组学等方面的进展,并对真菌生物信息学的未来研究内容进行展望.     

枯草芽孢杆菌表达和分泌异源蛋白的研究进展

枯草芽孢杆菌是一种广泛应用于基础研究和工业生产的重要模式菌株,具有无致病性、蛋白分泌能力强、遗传背景清晰等多种优势,是生产异源蛋白的理想宿主。目前已有诸多异源蛋白在枯草芽孢杆菌中实现表达和分泌,其中包括淀粉酶、β-半乳糖苷酶和蛋白酶等有价值的工业酶。本文从异源蛋白表达和分泌的关键步骤出发,总结了枯草芽孢杆菌生产异源蛋白的传统策略和最新技术。除此之外,分析了当前研究存在的瓶颈并对如何提高异源蛋白产量提出了新的建议和策略。     

苏氨酸醛缩酶的催化机理、分子改造及合成应用

苏氨酸醛缩酶催化醛和甘氨酸羟醛缩合,一步反应即可构建产物β-羟基-α-氨基酸的两个手性中心,从原子经济性和环境影响角度,是非常具有潜力的绿色合成光学纯β-羟基-α-氨基酸的方式之一。多个不同生物来源的苏氨酸醛缩酶得到分离和表征,较低的β-碳立体选择性以及反应过程中动力学和热力学控制难题,使其在合成应用中面临很大挑战。文中综述了近年来苏氨酸醛缩酶在基因挖掘、催化机理、高通量筛选与分子改造、合成应用等方面的研究进展,旨在为进一步研究提供参考。