微生物固碳的电子供给策略研究进展北大核心CSCD

随着生物化工技术的不断发展成熟,通过改造微生物已可以实现二氧化碳、甲烷等温室气体的固定、转化和利用,而电子传递及能量供给对微生物固碳效率起着决定性的作用。本文首先分析了好氧性嗜甲烷菌、化能自养微生物等天然微生物细胞内外的直接、间接电子传递系统。在此基础上,围绕微生物固碳细胞工厂的构建,进一步介绍了基于光能、电能的人工电子供给策略及其对固碳过程中代谢通量、合成路径和供能效率的影响。最后针对微生物固碳的关键共性技术难点,简要展望了可行性的解决方案及相关应用前景。     

食气梭菌的研究进展

食气梭菌是一类主要的化能自养微生物,可利用二氧化碳(CO_2)和一氧化碳(CO)合成多种化学品和燃料,具有良好的工业应用前景。天然的食气梭菌吸收、固定和转化一碳气体速率较慢,能量代谢效率低且高值产物种类少。近年来,随着组学、分子遗传学工具以及生化分析技术的快速发展,食气梭菌的生理代谢特点及其相关分子机制、代谢工程设计、改造和发酵工艺等方面都得到广泛而深入的研究。本文针对近年来食气梭菌的研究进展进行了梳理和总结,以期能为这类重要工业微生物的基础和应用研究,以及一碳气体的生物转化利用提供参考。     

洛伐他汀工业菌株土曲霉HZ01的次级代谢产物合成分析

【目的】分析洛伐他汀工业生产菌株土曲霉HZ01的次级代谢产物合成能力,为后期的遗传改造、次级代谢产物及其基因簇挖掘提供指导。【方法】对洛伐他汀发酵条件下的样品进行了转录组分析,同时运用色谱分离技术及波谱学方法对主要次级代谢产物进行了分离和结构鉴定。【结果】洛伐他汀合成相关基因转录水平非常高,还有4个聚酮合酶(PKS)、6个非核糖体多肽合成酶(NRPS)和1个PKS-NRPS杂合酶基因进行了转录,其他PKS和NRPS基因都处于沉默状态。此外,从该菌的发酵产物中分离鉴定了10个主要副产物并确定了其结构。【结论】土曲霉HZ01是一株优良的洛伐他汀生产菌株,在构建次级代谢产物异源合成细胞工厂和鉴定次级代谢产物生物合成途径方面具有很好的应用潜力。     

1型CRISPR位点间区序列分析在嗜热链球菌菌株分型中的应用

为了建立适用于嗜热链球菌菌株资源多样性调查的菌株分型方法,尝试将1型CRISPR位点间区序列分析用于嗜热链球菌的菌株分型,并与常用ERIC-PCR指纹图谱方法进行了比较。结果表明,1型CRISPR位点间区序列分析可以把30株从三个不同样品中分离的嗜热链球菌分成三种差异明显的类型:不同类型菌株之间没有相同的间区序列;而同一类型菌株之间,间区序列的组成和排列则基本一致,并且上述分型的结果与用ERIC-PCR指纹图谱技术获得的结果完全一致。因此,1型CRISPR位点间区序列分析是嗜热链球菌分型鉴定的可靠方法,并适用于大量菌株的分型鉴定和多样性调查。     

过氧化氢驱动的细胞色素P450酶研究进展

细胞色素P450酶在自然界中广泛存在,能催化多种类型的氧化反应,在有机合成和生物化工方面具有重要的应用潜力。尽管大多数P450酶通常需要辅酶和复杂的电子传递体系协助活化氧分子,一些P450酶也可以利用过氧化氢作为末端氧化剂,这极大地简化了催化循环,为P450酶的合成应用提供了一条新的简便途径。本文系统地介绍了几类过氧化氢驱动的P450酶催化体系,包括脂肪酸羟化酶P450SPα和P450BSβ、脂肪酸脱羧酶P450OleTJE、人工改造的羟化酶P450BM3和P450cam突变体、以及基于底物误识别策略的P450-H2O2体系。通过分析催化反应机制,本文探讨了P450-H2O2催化体系在目前存在的挑战和可能的解决途径,并对其进一步应用前景进行了展望。     

过氧化氢驱动的细胞色素P450酶研究进展

细胞色素P450酶在自然界中广泛存在,能催化多种类型的氧化反应,在有机合成和生物化工方面具有重要的应用潜力。尽管大多数P450酶通常需要辅酶和复杂的电子传递体系协助活化氧分子,一些P450酶也可以利用过氧化氢作为末端氧化剂,这极大地简化了催化循环,为P450酶的合成应用提供了一条新的简便途径。本文系统地介绍了几类过氧化氢驱动的P450酶催化体系,包括脂肪酸羟化酶P450SPα和P450BSβ、脂肪酸脱羧酶P450OleTJE、人工改造的羟化酶P450BM3和P450cam突变体、以及基于底物误识别策略的P450-H2O2体系。通过分析催化反应机制,本文探讨了P450-H2O2催化体系在目前存在的挑战和可能的解决途径,并对其进一步应用前景进行了展望。     

高温链霉菌质粒pTSC2的测序分析和滚环复制方式的鉴定

从猪粪堆肥中分离到一株编号为X3-3的可以在50℃高温生长的链霉菌菌株,该菌株含有一个约7kb的环型质粒pTSC2。【目的】克隆、测序和分析pTSC2,以及鉴定质粒的复制方式。【方法】利用分段克隆和引物延伸获得pTSC2的全序列,利用多序列比对寻找复制元件rep、dso和sso,利用中性转移和Southern杂交检测复制中间体。【结果】克隆和测序获得了全长为7516bp的pTSC2序列,预测编码8种蛋白,其中4种蛋白与链霉菌滚环复制的质粒pIJ101中负责复制和接合转移的蛋白非常相似。pTSC2的复制元件rep、dso和sso也与pIJ101的相似。克隆、转化变铅青链霉菌ZX7以及高温链霉菌2C证明了rep和dso为复制所必需元件。Southern杂交检测到pTSC2复制过程中积累了大量的单链DNA。【结论】高温链霉菌质粒pTSC2以滚环方式进行复制。这是首次在高温链霉菌中克隆和测序质粒,以及鉴定其复制方式。     

基于比较基因组学重构细菌的代谢途径和调控网络

微生物基因组学的迅速发展为从功能基因与蛋白、网络及其调控等不同的角度,全面理解与认识微生物的代谢过程、构建细胞工厂,提供了丰富的背景信息。基于基因组序列进行代谢网络重构,有助于发现新的代谢功能基因、调控元件、甚至新的代谢途径,从而优化设计细胞内从原料到产品的生物合成路线。然而,目前公共数据库平台中代谢途径基因的功能注释,许多是错误或不完整的。以下着重介绍了近年来出现的一些用于代谢途径和调控网络重构的新型比较基因组学技术,并以近期的丙酮丁醇梭菌中木糖代谢途径的重构工作为例来说明其应用。     

细菌中Ⅰ型毒素-抗毒素系统的研究进展

毒素-抗毒素系统是广泛存在于细菌和真菌细胞内的一对小型遗传控制元件,毒素基因编码稳定的蛋白质分子,抗毒素基因编码的则是稳定性较差的蛋白质或者是具有调控功能的RNA.人们对于毒素分子在细胞内的生物靶标、分子结构与功能、体内调节机制等进行了大量的研究,不仅揭示了毒素-抗毒素的生理功能,而且为多种生物技术中的应用提供了新的素材.目前发现共有5大类型的毒素-抗毒素系统,其中Ⅰ型毒素-抗毒素系统的抗毒素分子为调节型RNA,可以通过多种不同途径与毒素蛋白质的mRNAs结合从而中和毒素的细胞毒性.Ⅰ型毒素-抗毒素系统以其独特的调节性RNA的调控方式,成为目前毒素-抗毒素研究中的重要热点.本文将对目前Ⅰ型毒素-抗毒素系统的研究进展进行综述,并对其可能的应用前景进行展望.     

大肠杆菌最小基因组分析和删减进展

大肠杆菌是基础研究最透彻、应用广泛的微生物,构建含减小甚至是最小基因组的大肠杆菌将为合成生物学的研究和应用提供理想的底盘生物。介绍了大肠杆菌最小基因组的生长与繁殖必需基因的生物信息学分析和实验鉴定,基因组敲除技术,以及删减基因组的大肠杆菌菌株的构建和应用等方面的研究进展。