柠檬烯和红没药烯的微生物代谢工程

柠檬烯和红没药烯均为植物天然产物,分别属于单萜类和倍半萜类化合物,能够预防和治疗癌症等多种疾病。以其作为前体物,还可以转化合成多种具有高附加值的工业产品,例如药品、保健品、化妆品及生物燃料等。目前柠檬烯和红没药烯的工业生产主要是通过植物提取法实现的,但从植物组织中提取柠檬烯和红没药烯存在着产物含量低和分离纯化困难等缺点。微生物代谢工程的快速发展为这些植物天然产物的生产提供了一条更具潜力的生物合成路线。利用微生物代谢工程技术构建生产这些有价值的植物天然产物的微生物细胞工厂具有绿色清洁、可持续发展和经济效益好等独特优势。文中系统综述了近年来代谢工程技术在微生物合成柠檬烯和红没药烯过程中的应用进展,包括所涉及的宿主菌株、关键酶、代谢途径及其改造等,并探讨了其未来发展方向。     

代谢工程改造酿酒酵母合成植物萜类D-柠檬烯的策略

植物萜类化合物是以异戊二烯为结构单位的一大类植物天然的次生代谢产物。D-柠檬烯属于单萜类化合物,由于它具有抑菌、增香、抗癌、止咳、平喘等多种功能,已被广泛应用于食品、香料、医疗等行业。目前D-柠檬烯的工业生产主要是从植物的果皮或者果肉中提取的,但提取方法存在着分离纯化复杂、产率低、能耗大等缺点。而本世纪初合成生物学技术的兴起,为微生物异源合成天然活性化合物带来了全新的理念与工具,打破了物种间的界限,使微生物异源合成D-柠檬烯成为现实。构建定向、高效的异源合成D-柠檬烯的微生物细胞工厂,实现微生物发酵法替换传统的植物提取法,具有重要的经济与社会效益。本文主要回顾了近几年利用代谢工程改造酿酒酵母异源合成萜类化合物取得的成就,阐述了以酿酒酵母作为底盘微生物,利用代谢工程和合成生物学的手段构建高产D-柠檬烯的合成策略。     

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。     

适应性实验室进化技术在微生物育种中的应用进展

适应性实验室进化(Adaptive laboratory evolution,ALE)技术已成为微生物学基础研究和工业微生物育种的强大工具,被广泛用来研究影响菌株表型、性能和稳定性的进化潜力以及快速获取含有有益突变的工业生产菌株。近年来,随着基因组测序技术的进步,关于微生物新陈代谢机理和动力学方面的研究变得更加广泛和深入,这也极大促进了适应性实验室进化技术的快速发展。文中主要介绍了长期、短期适应性实验室进化技术在微生物育种方面的应用实例,并总结归纳了该技术在快速高效构建优良菌株过程中的方式与作用。最后分析了目前ALE技术面临的瓶颈问题及其可能的解决方法,以期能够为该技术的未来发展提供有价值的参考依据。     

优良面包酵母菌株的杂交育种

本文对实验室保存的面包酵母进行筛选, 以不加糖面团发酵力最高的菌株BY-14和高糖面团发酵力最高的菌株BY-6作为两杂交亲本。二倍体菌株经过单倍体制备、分离和筛选后, 利用群体杂交方法, 获得了一株兼备两亲本优良性能的面包酵母菌株, 其不加糖面团发酵力达到菌株BY-14水平, 且高糖面团发酵力比菌株BY-6提高了25％。     

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...     

高温高浓发酵工业啤酒酵母菌种的构建

高温高浓发酵技术作为一项新兴的啤酒生产技术,它为啤酒生产带来诸多利益的同时,也存在着发酵结束后酵母絮凝性下降、高级醇生成量过高等系列问题。为提高高温高浓发酵条件下酿酒酵母的絮凝性同时降低高级醇的合成能力,首先构建了以酿酒酵母BAT2基因为整合位点过表达FLO5基因的菌株,重组菌株S6-BF的絮凝性达到67.67%,比出发菌株S6提高了29%,而高级醇生成量仅降低5.9%;进一步构建以BAT2基因为整合位点再次过表达FLO5基因的菌株,与出发菌株S6相比,重组菌株S6-BF2的絮凝性提高了63%,达到85.44%,高级醇生成量下降至159.58 mg/L,降低了9.0%;通过弱化线粒体支链氨基酸转氨酶(BAT1)的表达,高级醇的生成量得到进一步的降低,达到142.13 mg/L,比原始菌株S6降低了18.4%,同时重组菌株S6-BF2B1的絮凝性没有受到影响;风味物质的测定结果表明啤酒中醇酯比例较为合理。研究结果对工业啤酒酵母发酵后的沉降分离和提高啤酒风味品质有着重要的意义。     

代谢工程改造大肠杆菌生产辅酶Q10

辅酶Q10(CoQ10)是一种脂溶性抗氧化剂,具有提高人体免疫力、延缓衰老和增强人体活力等功能,广泛应用于制药行业和化妆品行业。微生物发酵法能可持续性生产辅酶Q10,具有越来越多的商业价值。本研究首先将来自类球红细菌的十聚异戊二烯焦磷酸合成酶基因(dps)整合到大肠杆菌ATCC 8739染色体上,敲除内源的八聚异戊二烯焦磷酸合成酶基因(ispB),使内源的辅酶Q8合成途径被辅酶Q10合成途径取代,得到稳定生产辅酶Q10的菌株GD-14,其辅酶Q10产量达0.68 mg/L,单位细胞含量达0.54 mg/g DCW。随后用多个固定强度调控元件在染色体上对MEP途径的关键基因dxs和idi基因以及ubiCA基因进行组合调控,将辅酶Q10单位细胞含量提高2.46倍(从0.54到1.87 mg/g)。进一步引入运动发酵单胞菌Zymomonas mobilis的Glf转运蛋白代替自身的磷酸烯醇式丙酮酸:碳水化合物磷酸转移酶系统(PTS),使辅酶Q10产量进一步提高16%。最后,对高产菌株GD-51进行分批补料发酵,辅酶Q10产量达433 mg/L,单位细胞含量达11.7 mg/g DCW。这是目前为止文献报道的大肠杆菌产辅酶Q10最高菌株。     

粗糙脉孢菌C2H2转录因子家族基因敲除突变体产纤维素酶筛选分析

丝状真菌的木质纤维素水解酶基因的表达很大程度上受到转录水平的调控,对纤维素酶系调控转录因子的研究对提高纤维素酶的产量具有重要意义。为了挖掘纤维素酶表达新调控基因,本研究对粗糙脉孢菌锌指转录因子C₂H₂家族的57株基因敲除突变株在以2%结晶纤维素为唯一碳源的培养条件下进行产纤维素酶水平分析筛选。通过测定发酵液的蛋白、内切β-1,4-葡聚糖酶酶活、外切纤维素酶酶活、β-葡萄糖苷酶酶活、木聚糖酶酶活及生物量,发现突变株L-38、L-85、L-40、L-64、L-99、L-07、L-86在蛋白水平及内切β-1,4-葡聚糖酶酶活水平均比野生型有25%-77%不等的显著提高,而突变株L-87、L-06在蛋白水平及内切β-1,4-葡聚糖酶酶活水平均比野生型有65%-80%不等的显著降低。这些纤维素酶新调控基因的获得为后续相关表达调控的研究提供了新素材。     

SSU1多拷贝表达对酿酒酵母二氧化硫生成量的影响

【目的】在不影响酵母正常代谢前提下,构建亚硫酸盐分泌量提高的基因工程菌株,增加二氧化硫生成量,有效地解决啤酒老化问题。【方法】以适量高产二氧化硫工业啤酒酵母突变株M8总DNA为模板,PCR方法得到带有不同长度5′端非编码区的基因片段SSU1-1、SSU1-2,以大肠杆菌-酿酒酵母穿梭质粒YEp352构建表达载体pSU1和pSU2,转化实验室酵母YS58,验证SSU1多克隆表达对其二氧化硫生成量的影响。进而将pSU2转化工业啤酒酵母M8,利用亚硫酸盐抗性筛选转化子,并对其二氧化硫和硫化氢生成量及其啤酒抗老化性能进行测定和分析。【结果】实验室酵母转化子pSU1-4和pSU2-3二氧化硫生成量较原株明显提高而硫化氢生成量基本不变,工业啤酒酵母转化子Y2二氧化硫生成量比原株M8提高74.4%,TBA值下降14.9%,DPPH自由基清除率提高38.2%,硫化氢生成量基本不变。【结论】SSU1基因的多拷贝表达有效提高了亚硫酸盐转运蛋白Ssu1p表达量,增加了亚硫酸盐分泌量,啤酒抗氧化能力得到明显增强,而对酵母硫代谢途径中亚硫酸盐还原为硫化物代谢过程没有影响。