面向工业生物技术的系统生物学

工业生物技术是以微生物细胞工厂利用可再生的生物原料来生产能源、材料与化学品等的生物技术,在解决资源、能源与环境等问题方面起着越来越重要的作用。系统生物学是全面解析微生物细胞工厂及其发酵过程从"黑箱"到"白箱"的重要研究方法。系统生物学借助基因组、转录组、蛋白质组、代谢组以及代谢流组等多组学数据,可解析微生物细胞工厂在RNA、蛋白与代谢物等不同水平上的变化规律与调控机制。目前,系统生物学在微生物细胞工厂的设计创建与发酵工艺优化中起着越来越重要的指导作用,许多成功应用实例不断涌现,推动着工业生物技术的快速发展。文中重点综述基因组、转录组、蛋白质组、代谢组与代谢流组以及基因组规模的网络模型等各组学技术的最新发展及其在工业生物技术尤其是菌株改造与发酵优化中的应用,并就工业生物技术中系统生物学的未来发展方向进行展望。     

密码子优化策略在异源蛋白表达中的应用

酶在医疗和生物药物方面有着广泛的应用,不仅可以用来治疗各种疾病,还在临床诊断和人体健康等方面有着重要的影响。利用微生物来表达异源蛋白已经成为获取酶最简单快速的方法。为获得高浓度和高质量的异源蛋白,常用的方法是对基因序列进行密码子优化。传统的密码子优化策略主要基于密码子偏好性和GC含量,忽略了翻译动力学和代谢水平等复杂多样的变化因素。文中从基因水平、转录水平、翻译水平、翻译后水平以及代谢水平等多方面考虑出发,提供了一个较为全面的密码子优化策略,主要包括密码子偏好性、密码子协调性、密码子敏感性、调整基因序列结构以及一些其他影响因素。同时对每种策略的内容、理论支持以及应用范围等方面作了全面的总结,并将各策略的优缺点进行了系统的比较,为异源蛋白表达提供了全方位、多层次、多选择的优化策略,也为酶工业和生物药物等方面提供参考。     

几种常用益生元不同配伍对 三株益生菌体外生长的调节作用

目的探讨几种常用益生元经过不同配伍组合后对3种常用益生菌体外生长的调节作用。方法使用基础培养基分别培养3株益生菌,观察不同益生元配伍组合对3株益生菌的体外调节作用。依据不同的益生元组分配伍以及浓度制作含不同益生元组分的基础培养基体外培养3株益生菌,分别在培养的0、6、12、18和24h取样进行平板活菌计数同时观察菌体形态。配置不同浓度的含葡萄糖基础培养基作为对照,研究不同益生元组分配伍组合对3株益生菌体外生长的调节作用。结果低聚半乳糖、低聚果糖、低聚异麦芽糖(组合2-0.5%)配伍以及低聚半乳糖、低聚果糖、低聚木糖(组合4-1.0%)配伍相较于相同糖浓度的葡萄糖基础培养基对嗜酸乳杆菌NCFM活菌计数有促进作用(P0.05)。低聚半乳糖、低聚果糖、低聚木糖(组合4-0.5%)配伍相较于相同糖浓度的葡萄糖基础培养基对乳双歧杆菌HN019活菌计数有促进作用(P0.05)。低聚半乳糖、低聚果糖、低聚异麦芽糖(组合2-1.0%)配伍以及低聚半乳糖、低聚果糖、水苏糖(组合3-0.5%)配伍相较于相同糖浓度的葡萄糖基础培养基对乳双歧杆菌Bi-07活菌计数有促进作用(P0.05)。结论低聚半乳糖、低聚果糖和低聚木糖组合对嗜酸乳杆菌NCFM和乳双歧杆菌HN019的增殖具有促进作用。低聚半乳糖、低聚果糖和低聚异麦芽糖组合对嗜酸乳杆菌NCFM和乳双歧杆菌Bi-07的增殖具有促进作用。低聚半乳糖、低聚果糖和水苏糖组合对乳双歧杆菌Bi-07的增殖具有促进作用。     

舌苔细菌PCR-DGGE分析条件的建立与优化

目的针对口腔舌苔细菌16S rDNA序列进行变性梯度凝胶电泳(denaturing gradient gel electrophoresis,DGGE)适用序列的筛选及电泳条件的优化。方法以DGGE图谱的高分辨率为指标,选择舌苔细菌DGGE分离最适的16S rDNA高变区、电泳电压和电泳时间,并采用优化的条件分析健康青年人舌苔细菌群落的分布。结果舌苔细菌16S rDNA V3高变区引物序列能获得更加丰富清晰的DGGE条带;基于该区,当变性剂浓度为30%～60%、电泳温度60℃、电压60 V和电泳时间14 h时能得到分辨率最佳的DGGE图谱。运用此优化条件对12个样本舌苔细菌群落的分析表明,舌苔微生物主要由厚壁菌门、梭杆菌门、拟杆菌门和变形菌门等组成。优化后的DGGE技术对舌苔细菌多样性的分析具有准确性、灵敏性和可重复性。结论 DGGE图谱显示,不同分析条件对图谱类型和细菌多样性指数均有所差异。利用优化的DGGE条件能有效分离舌苔细菌16S rDNA V3区序列,为口腔微生物群落结构分析提供可靠的技术支持,也为其他不同生态细菌的多样性分析提供参考。     

不同碳源对须糖多孢菌生长发育及丁烯基多杀菌素生物合成的影响

本文研究了不同碳源对须糖多孢菌生长以及丁烯基多杀菌素生物合成的影响,通过寻找优势碳源优化发酵培养基配方,促进须糖多孢菌丁烯基多杀菌素的生物合成。试验共设11个处理,1个对照,通过单因素试验比较不同处理组菌体OD600值和丁烯基多杀菌素产量,筛选获得最优碳源及其发酵培养基配方。结果表明,除可溶性淀粉和木糖外,须糖多孢菌在9种碳源中都能进行生长,对不同构型碳源显示较好的利用率。在以半乳糖、葡萄糖、果糖和甘露糖作为碳源时具有较好的生长速率,而以甘露糖为碳源时能显著促进丁烯基多杀菌素的合成。选择甘露糖最佳添加浓度为5 g/L,须糖多孢菌最高菌体浓度和丁烯基多杀菌素产量分别是初始配方条件的1. 32倍和1. 78倍,显著提高了丁烯基多杀菌素的产量。上述结果为培养基碳源对丁烯基多杀菌素生物合成影响机制的研究及丁烯基多杀菌素大规模工业化发酵生产提供了科学依据和新的技术途径。     

发展中高校微生物学教学体系建设

微生物学是生物学专业基础核心课程。结合学院发展规划及教学目标,系统地构建了微生物学教学体系,包括教学方法建设,主要以多媒体教学为基础,选择合理的教学方式,结合双语教学和实验教学,夯实学生的专业知识基础;教学资源建设,即以培养人才为目标的基础资源建设,包括教材、实验室及实习基地建设,以及提升教学整体实力的教学团队建设,包括人力资源建设和人才培养模式建设;考核体系建设,旨在构建综合、合理、有效及准确的考核体系,包括实践考核、理论及实验考核、科研成绩考核三个组成部分。通过建设教学体系,提升了微生物学教学质量及水平,为学院教育教学事业的稳步发展奠定了坚实的基础。     

芽胞杆菌属产α-淀粉酶的研究进展

α-淀粉酶是一种重要的淀粉水解酶,可以从动物、植物或微生物中获得。但应用于工业生产的α-淀粉酶绝大多数来自芽胞杆菌。自α-淀粉酶工业化生产以来,研究人员针对其生产菌株芽胞杆菌进行了一系列的诱变选育和基因工程等分子生物学育种,使得菌种的产酶能力不断得到提高。另外,优化芽胞杆菌发酵培养基及发酵参数也是提高α-淀粉酶工业化生产产量的重要方法。     

抗性基因报告系统辅助选育厦门霉素A高产菌株

【背景】厦门霉素A是厦门链霉菌(Streptomyces xiamenensis) 318菌株的主要次级代谢产物,具有显著的抗纤维化活性及药用潜力。但野生型菌株中厦门霉素A的产量仅有14 mg/L,其生产水平亟待提升。【目的】通过随机诱变-抗性标记筛选获得高产菌株并进行培养基优化,以提高厦门霉素A的产量。【方法】在厦门霉素A的生物合成基因簇后融合一个抗性基因,用于报告整个基因簇的表达水平。对构建的基因工程菌株进行常压室温等离子体(atmospheric and room temperature plasma,ARTP)诱变,从抗性水平高的突变菌株中筛选高产菌株,并通过培养基优化,使厦门霉素A产量显著提升。【结果】构建携带卡那霉素抗性标记的产厦门霉素A的工程菌MT-XN作为出发菌株,对该菌株进行一轮ARTP诱变,使用90 mg/L卡那霉素筛选,得到了厦门霉素A产量为101.7 mg/L的突变菌株MA-8。进一步通过响应面法优化培养基配方,在最佳培养基中MA-8菌株产生的厦门霉素A达到134.2 mg/L,较野生型菌株提高了845.1%。【结论】采用随机诱变-报告基因筛选系统,可快速筛选出厦门霉素A产量大幅提升的高产菌株,为后续的药物开发奠定良好的基础。     

医学院校生物技术专业发酵工程实验体系的构建

为建设有特色的生物技术专业和培养创新复合型人才,本研究结合医学院校特点,充分利用"医"和"药"的资源,合理安排实验项目,构建了科学的发酵工程实验教学体系。结果表明该实验教学体系教学效果良好。学生的操作能力显著提高。为强化发酵工程教学,探索产学研联合培养模式将成必然。     

防治稻水象甲优效球孢白僵菌YS03菌株产孢培养基优化

采用单因素试验和响应面分析对球孢白僵菌YS03菌株进行产孢培养基的配方改良。单因素试验筛选出对产孢量影响较大的3种原料为花生、麦麸和玉米粉,进而根据Box-Behnken的中心组合原理进行三因素三水平的实验设计,最终得出使产孢量最大的配方为花生∶麦麸∶玉米粉=2.6∶3.5∶3.9。经验证,预测值与验证试验平均值接近,且新配方的产孢量是PDA培养基产孢量的1.92倍。