中欧组织间合作研究项目MIX-UP助力实现“碳中和”

随着全球塑料循环体系的变革升级,提高塑料的回收利用不仅可以减少塑料在生命周期中的碳排放,还可以解决废塑料潜在的生态环境危害。文中介绍了2019年国家自然科学基金组织间国际 (地区) 合作研究项目“废塑料资源高效生物降解转化的关键科学问题与技术 (MIXed plastics biodegradation and UPcycling using microbial communities,MIX-UP)”。该项目聚焦“塑料污染”这一全球化的问题,围绕中欧双方确定的“塑料生物降解菌群”研究领域,联合中欧双方14家优势科研单位,开展实质性的重大前沿合作研究。针对废塑料生物降解中存在的解聚与重塑两个难题,项目以难降解石油基塑料 (PP、PE、PUR、PET和PS) 以及生物可降解塑料 (PLA和PHA) 的混合废塑料作为研究对象,从塑料微生物降解途径解析及关键元件的挖掘与改造、塑料高效降解混菌/多酶体系的构建与功能调控、塑料降解物的高值化炼制途径设计与利用策略3个方面展开研究。本项目将突破废塑料生物降解转化中高效降解元件挖掘、塑料降解物高值化利用的关键科学问题与技术,探索一条废塑料资源化、高值化、循环化、低碳化的新塑料循环路线,建立以“降塑再造”为核心理念的废塑料生物炼制体系,丰富我国固废资源化生物技术利用平台。项目的实施不仅有助于提升我国塑料 (生物) 循环经济的理论基础和关键技术水平,还可以推动我国与国际科研院所的多边交流与合作,促进我国在生物技术领域的创新发展,助力我国碳中和目标的实现。     

一种来源于红螺菌科细菌新型卤醇脱卤酶的克隆表达及其酶学性质鉴定

作为一类多功能生物催化剂,卤醇脱卤酶在手性β-取代醇和环氧化合物合成应用方面备受关注。目前催化功能较为清楚的卤醇脱卤酶不足40种,且绝大部分催化性能并不能满足科学研究和实际应用的要求,因此挖掘并鉴定更多的卤醇脱卤酶具有重要意义。本文克隆表达了来源于红螺菌科细菌Rhodospirillaceaebacterium中一个假定卤醇脱卤酶(HHDH-Ra)并对其催化特性以及酶学性质进行研究。将HHDH-Ra基因克隆到表达宿主大肠杆菌Escherichia coli BL21(DE3),结果显示目的蛋白为可溶性表达。底物特异性研究显示HHDH-Ra对1,3-二氯-2-丙醇(1,3-DCP)和4-氯-3-羟基丁酸乙酯(CHBE)具有良好的特异性。以1,3-DCP为反应底物获得HHDH-Ra的最适pH和最适温度分别为8.0和30℃。pH稳定性结果显示HHDH-Ra在pH 6.0–8.0具有较好的稳定性且经过100 h处理以后仍能保持70%左右的酶活。温度稳定性结果显示HHDH-Ra在30℃、40℃条件下的半衰期为60h,且当温度提高到50℃时,该酶的半衰期仍有20h,远高于已报道的酶。因此,来源于Rhodospirillaceae bacterium新型卤醇脱卤酶具有较好的温度、pH稳定性以及催化活性,在合成关键化学、医药中间体中具有一定的应用潜力。     

替米沙坦在糖尿病防治中的应用

替米沙坦是经典的抗血压病药物。近年来人们发现替米沙坦除可以抑制血管紧张素Ⅱ-1型受体外,还可以部分激活过氧化物酶体增殖物激活受体γ。得益于其双靶点的作用机制,替米沙坦可以通过改善糖脂代谢紊乱和缓解糖尿病带来的并发症而使糖尿病或糖尿病高危病人获益。本文就替米沙坦在糖尿病预防和治疗中的作用及相关的机制研究作一阐述。     

课堂教学随笔:谷氨酰胺的氨基

氨基代谢是《生物化学》中"氨基酸代谢"教学的重要内容,谷氨酰胺氨基的去向和利用是其中的重点之一。谷氨酰胺既有α-氨基又有酰胺基,其代谢由不同的酶分别催化,涉及转氨酶、酰胺基转移酶、谷氨酰胺酶、转谷氨酰胺酶等。不同代谢酶作用的基团和机理不同,学生容易混淆它们的作用。本文拟通过讨论几种谷氨酰胺氨基相关代谢酶的作用特点,指导学生掌握谷氨酰胺氨基的代谢。     

甲醇酵母代谢工程研究进展

甲醇酵母由于独特优点被认为是绿色生物制造的潜在宿主。特别是其天然甲醇利用性能有望建立甲醇生物转化路线,拓展生物炼制底物,具有重要经济价值和环保意义。文中综述了代谢工程改造甲醇酵母合成蛋白质和化学品的最新研究进展,并比较了其与模式生物酿酒酵母作为细胞工厂的优缺点。随后,分析了甲醇酵母代谢工程改造面临的挑战,并展望了潜在解决方案。随着基因操作工具开发和细胞代谢阐释,甲醇酵母将在未来绿色生物制造发挥越来越重要的作用。     

滇龙胆GrHDR基因的克隆与表达分析

龙胆苦苷(gentiopicroside)是中药龙胆中的主要药效成分,属于萜类化合物的衍生物。1-羟基-2-甲基-2-(E)-丁烯基-4-二磷酸还原酶[1-hydroxy-2-methyl-2-(E)-butenyl-4-diphosphate reductase,HDR]是萜类物质合成途径中的关键酶。为探讨不同光照条件下滇龙胆HDR(GrHDR)基因的表达与龙胆苦苷含量之间的关系,该文以滇龙胆叶片cDNA为模板,采用PCR和TA克隆技术获得GrHDR基因序列,对该序列进行生物信息学分析和表达分析,并采用高效液相色谱法测定龙胆苦苷含量,对该基因表达与龙胆苦苷含量进行比较。结果表明:(1)GrHDR基因(GenBank登录号: KJ917165.1)全长1 398 bp,编码465个氨基酸,推定GrHDR蛋白是亲水且稳定的,相对分子质量是52 281.25 Da,理论等电点是5.32;(2)该蛋白属于LYTB蛋白家族,可能定位于叶绿体上,无信号肽,二级结构主要由α-螺旋(45.16%)、β-转角(6.24%)、无规卷曲(33.98%)、延伸链(14.62%)构成;(3)GrHDR蛋白序列与同属植物秦艽的HDR蛋白相似性最高(95.71%);(4)实时荧光定量PCR结果显示GrHDR基因在滇龙胆中的表达量为根 > 叶 > 茎,而在10%、30%、100%全光光照条件下各组织的表达量有很大差异;(5)高效液相色谱法结果显示,不同光照条件下龙胆苦苷含量一致,均为根 > 叶 > 茎,其中100%全光光照下,药用部位根中龙胆苦苷含量达到7.141%,约是30%、10%全光光照条件的两倍,但该结果与同一光照条件下GrHDR基因表达规律不完全一致。该研究为阐述HDR基因功能及其与龙胆苦苷含量的关系提供参考。     

斑马鱼和鲤miR-1-2/133a-1基因间序列活性和调控研究

分别以斑马鱼(Danio rerio)和鲤(Cyprinus carpio L.)为研究材料, 通过克隆斑马鱼和鲤miR-1-2和133a-1的基因间增强子序列, 利用活体和离体实验探讨其是否具有肌肉特异性; 并通过荧光素酶报告系统等研究转录因子MyoD是否调控该序列。研究结果显示: 在活体实验中, 无论斑马鱼还是鲤, miR-1-2/133a-1基因间序列均有肌肉特异性, 且保留有保守区域(cr, 含有E-box)的序列, 注射72h后GFP表达量明显高于其他突变体。体外细胞实验也显示, 转染含有cr序列的实验组, 分化后的荧光素酶活性明显高于分化前。进一步探讨MyoD对miR-1-2/133a-1基因间序列的调控作用结果显示: 无论是斑马鱼还是鲤, miR-1-2/133a-1基因间序列活性均受MyoD调控。结果为完善鱼类肌肉发育机理, 及未来的鱼类分子育种奠定基础。     

蝇蛆粉替代鱼粉对杂交黄颡鱼生长性能、体组成和抗氧化能力的影响

研究旨在评估蝇蛆粉(MGM)替代鱼粉(FM)对杂交黄颡鱼(Pelteobagrus fulvidraco)“黄优 1 号”幼鱼生长、体组成和抗氧化能力的影响。实验设计 6 组等氮(粗蛋白 42%)饲料, 分别使用蝇蛆粉替代 0、20%、40%、60%、80%和100%的鱼粉蛋白, 分别记为 G0、G20、G40、G60、G80和G100。将初始体重为(0.62±0.01) g的杂交黄颡鱼幼鱼随机分为 6 组, 进行为期 8 周的投喂实验。实验结束时测定其生长性能、全鱼体组成和肝组织与血清中的抗氧化酶活性(SOD、CAT、GR和T-AOC)。结果显示: (1)与 G0 相比, G20 与 G40 组杂交黄颡鱼幼鱼的特定生长率并未出现显著性差异(P>0.05), G60、G80 与G100组的幼鱼的特定生长率表现出显著的负面影响(P<0.05)。与 G0 相比, G20 与 G40 组的饲料系数并未出现显著性差异(P>0.05), G60、G80 与 G100 的饲料系数显著性升高(P<0.05)。不同替代组杂交黄颡鱼幼鱼的存活率没有显著差异(P>0.05)。(2)各替代组杂交黄颡鱼幼鱼的全鱼体组成与形体指标没有显著差异(P>0.05)。(3)G20 组杂交黄颡鱼血清与肝脏中超氧化物歧化酶(SOD)、过氧化氢酶(CAT)和谷胱甘肽还原酶(GR)活性略高于 G0 组, 但没有显著性差异(P>0.05), 肝脏 CAT 活性与总抗氧化能力(T-AOC)在 G40 中出现显著升高(P<0.05)。肝脏中 GR 与 SOD 活性、血清中 SOD 活性与 T-AOC 在 G80 组显著下降(P<0.05)。综上所述, 蝇蛆粉可以替代 40% 的鱼粉并不会对杂交黄颡鱼的生长性能、体组成和抗氧化能力造成显著的负面影响。     

海南地区与环渤海湾美人鱼发光杆菌美人鱼亚种水产动物分离株的表型与遗传特征分析

美人鱼发光杆菌美人鱼亚种（Photobacterium damselae subsp.damselae,PDD）是一种广泛分布于海洋环境内的重要病原菌,可导致多种海洋生物患病死亡,近年来在我国不同养殖区域内均有发现和报道。[目的] 通过生理代谢表型、毒力基因分布和分子遗传分析,系统比较我国海南地区和环渤海湾不同株系PDD的表型与遗传多样性特征。[方法] 使用选择性培养基测定PDD的蔗糖发酵能力、运动性、溶血性和磷脂酶活性;通过PCR检测质粒pPHDD1复制起始点基因pPHDD1 replication origin和毒力基因dly,hlyA_pl,hlyA_ch,plpV;基于toxR基因序列构建系统发育树,分析16株PDD的遗传关系。[结果] 4株PDD蔗糖发酵测试呈阳性,12株PDD蔗糖发酵测试呈阴性。不同株系PDD运动能力存在显著差异,其中环渤海湾分离株Pdd1608、Pdd2009和Pdd1704的运动能力较强。仅有环渤海湾分离株Pdd1608表现为强溶血性、强磷脂酶活性;海南地区分离株Pdd1612和Pdd0912表现为弱溶血性、无磷脂酶活性;其余菌株表现为弱溶血性、弱磷脂酶活性。菌株Pdd1608的毒力基因谱为pPHDD1 replication origin-dly-hlyA_p-hlyA_ch-plpV,其余菌株的毒力基因谱为hlyA_ch-plpV。系统发育分析揭示不同株系PDD具有高度的遗传多样性。[结论] 流行于海南地区和环渤海湾的PDD可能都由多克隆种群组成,它们具有复杂的表型特征、相似的毒力基因分布和高度的遗传多样性。     

福建省输入性D8基因型麻疹病毒分子流行病学特征

为分析福建省输入性D8基因型麻疹病毒分子流行病学特征,采集咽拭子标本采用实时荧光定量反转录-聚合酶链反应(Real-time RT-PCR)筛查麻疹病毒核酸.用反转录-聚合酶链反应(RT-PCR)扩增麻疹病毒核酸筛查阳性咽拭子及Vero/Slam细胞培养阳性产物,对麻疹病毒核蛋白(Nucleoprotein,N)羧基(COOH)端634个核苷酸(Nucleotides,nt)片段进行测序分析,构建系统进化树.最终分离获得1株麻疹病毒株,26条麻疹病毒N蛋白羧基末端450个nt序列.亲缘性分析发现,所有福建麻疹毒株与WHOD8基因型参考株(MVi/Manchester.GBR/30.94)在亲缘关系树上同属一个大分支,两者核苷酸序列和氨基酸(Amino acid,aa)序列同源性分别为96.4％～99.1％和96.7％～98.0％.其中2014年的福建毒株 MVs/Fujian.CHN/28.14和 MVs/Fujian.CHN/30.14与越南胡志明市2014年分离株MVs/HoChiMinh.VNM/11.14及美国纽约2013年分离株MVs/New.York.USA/19.13的nt同源性为 100％;2019年的毒株MVs/Fujian.CHN/25.19与泰国龙仔厝府2018年分离株MVs/Samut.Sakhon.THA/8.18的nt同源性为100％;而剩余的23个监测毒株则与日本神户2019年分离株MVs/KobeC.JPN/28.19的核苷酸同源性和氨基酸同源性最高,分别为99.6％～100.0％和99.3％～100.0％.在病毒N蛋白羧基端150个氨基酸位点上,福建株与WHO D8参考株存在3～5个氨基酸位点差异.而与现用的疫苗株(Shanghai-191)相比,存在17～19个氨基酸变异位点,其中有14个氨基酸位点为所有福建株共有的变异位点,这些位点的变异总体上未对编码蛋白的氨基酸造成明显改变.结论是福建省成功分离获得1株D8基因型麻疹毒株.D8基因型为福建省发现的输入性麻疹基因型,病毒N蛋白羧基端氨基酸位点上与疫苗株相比均出现了差异位点.