二氧化碳人工生物转化

二氧化碳(carbon dioxide, CO₂)资源化利用是全球可持续发展面临的巨大挑战。自然界生物固碳绿色环保,但能效低、速度慢,难以满足工业生产需求;物理化学固碳效率高,但能耗高、产品单一,如何结合生物、物理与化学技术优势,以二氧化碳为原料进行生物转化利用是当前迫切需要解决的科技难题。本文结合中国科学院天津工业生物技术研究所建所10年来的发展,综述了人工固碳元件、途径与系统的设计与构建等前沿基础领域取得的重要进展,特别是首次实现二氧化碳人工合成淀粉,并对建立二氧化碳人工生物转化技术体系进行了展望。相关进展与展望为助力实现“碳达峰、碳中和”目标提供了新思路。     

一种来源于毕赤酵母的高对映选择性羰基还原酶的性质及底物谱分析

手性醇是一类非常重要的化合物,羰基还原酶催化酮的不对称还原生成对应的手性醇.从毕赤酵母Pichia pastoris GS115基因组数据中找到一个潜在的NADPH依赖的羰基还原酶,研究毕赤酵母 P.pastoris GS115中的羰基还原酶.根据其核酸序列设计引物,从P.pastoris GS115基因组中扩增到目的基因ppcr,大肠杆菌BL21 (DE3)中表达,Ni-NTA纯化,对酶的性质和底物谱进行了研究.PPCR的最适反应温度为35℃,最适反应pH为6.0,低于45℃时有很好的稳定性.对3-甲基-2-羰基丁酸乙酯的Km和kcat分别为9.48 mmol/L和0.12 s-1. PPCR表现出广泛的底物谱和很高的对映选择性,对醛、α-酮酯、芳香族β-酮酯及芳香族酮都表现出了很好的活性,在测定的底物中,除极少数底物外,ee值均达到97％以上.因此,PPCR具有较好的应用前景.     

米曲霉(Aspergillus oryzae)RIB40中烯酮/烯酯还原酶的异源表达及性质分析

以米曲霉(Aspergillus oryzae)RIB40基因组DNA为模版,通过PCR扩增其烯酮烯酯还原酶(AspER)基因(asper)后连接到表达载体pET32a(+)上,在大肠杆菌BL21(DE3)中以可溶形式表达。通过Ni-NTA亲和色谱层析纯化后,蛋白纯度提高1.9倍,回收率为60.62%。根据分子筛凝胶层析结果推算,AspER以二聚体形式存在。性质分析表明此酶为依赖于NADPH的氧化还原酶,最适pH为7.0～8.0,最适温度为40℃。对2-环己烯酮Km和kcat值分别为(2.45±0.36)mmol/L和(4.4±0.4)×103s-1。底物谱分析发现AspER对马来酰亚胺及其衍生物有较高的活性,其中对2-甲基马来酰亚胺的转化率和e.e.值均高于99%。     

发酵中药--拓展中药新药研究开发的新空间

发酵中药是现代生物技术和中药研究的完美结合,依靠微生物发酵来生产发酵中药近来正逐渐成为研究的热点,并为中药的发展开辟了新空间。本文综述了发酵中药的应用历史及现况、作用机理、优势特色和发展方向。     

手性医药化学品的绿色生物合成

手性在自然界中普遍存在,与生命现象密切相关,也显著影响物质的性能。手性医药化学品的化学合成存在原子经济性、过程经济性差、环境污染和资源浪费严重等问题。生物合成技术具有过程绿色、选择性好等优势。近年来,生物合成技术在手性医药化学品合成关键酶的选择、催化机制解析、光学纯手性中间体合成途径构建、工艺开发及放大生产等方面均取得长足进步,有望解决手性中心构筑复杂、光学纯度低、污染大等手性化学品制造的瓶颈问题,推动我国医药行业的绿色可持续发展。本文主要总结了中国科学院天津工业生物技术研究所成立以来在手性医药化学品生物催化合成方面的一些研究进展。     

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。     

来自Staphylococcus aureus N315的2-脱氧-D-核糖5-磷酸醛缩酶的工程菌构建、表达纯化与性质鉴定

利用基因挖掘在数据库中发现一种来自Staphylococcus aureus N315的潜在DERA(SaDERA),将其基因密码子优化后实现了在大肠杆菌中的表达,重组酶经纯化后研究了其催化性质。结果表明:构建的工程菌具有较高的可溶表达量(占总蛋白的70%),通过简单的一步纯化即可得到电泳纯的酶;SaDERA是一种同源二聚体的酶(5.7×104),其最适反应条件是pH 7.7和45℃;SaDERA具有良好的碱耐受性,在pH 11.0、25℃的条件下温浴24 h后仍有93%的残余活力;SaDERA具有良好的乙醛耐受性,在0.3 mol/L乙醛浓度、25℃下,30 min内保持了70%以上的残余活力;乙醛连续自缩合产物被纯化并鉴定,所得产品为两次缩合产物。     

生物催化3-(4-氯苯基)-戊二腈去对称性水解合成光学纯巴氯芬的关键前体

研究了利用生物催化剂制备(S)-4-氰基-3-(4-氯苯基)-丁酸.以3-(4-氯苯基)-戊二腈为底物,采用苯酚-次氯酸钠法对实验室保藏的菌株进行筛选,得到一株产物立体选择性较高的菌株赤霉菌Gibberella intermedia WX12,并对其催化特性和发酵条件进行了初步研究.以30 g/L的乳糖和20 g/L的蛋白胨分别为碳、氮源,发酵培养96 h,收集的菌体在50 mmol/L磷酸缓冲液(pH 8.0)中30℃催化反应24 h,将3-(4-氯苯基)-戊二腈转化为4-氰基-3-(4-氯苯基)-丁酸,产率为90％.将产物化学转化为巴氯芬,手性HPLC分析表明水解产物构型是(S),其对映异构体过量值ee＞ 99％.该产物可以用来合成光学纯的(R)-和(S)-巴氯芬.     

基因工程药物研制过程中相关问题探讨

以DNA重组技术为核心的现代生物技术是国际上优先发展的高技术领域之一。以基因工程技术为核心的生物药物已形成一个高新技术产业。利益驱使很多科研单位和企业投入大量资金到基因工程药物的开发中来。在基因工程制药选题立项时应首先考虑产品市场风险、研制过程中的技术风险和国家政策法规的修改所带来的风险;其次,在药学研究、临床前药理药效研究、临床研究、资料申报的具体过程中,要根据产品的具体特性确定好实验方案、工作计划和合作单位,并按药品注册管理办法的要求作好每一阶段的具体工作。就基因工程药物研究过程中的实际问题阐述了一些经验,希望对业内同仁有所帮助。     

纳米材料固定化酶的研究进展

近年来,纳米技术为酶固定化提供了多种纳米级材料,纳米材料固定化酶不仅具有高的酶负载量,而且具有良好的酶稳定性。本文基于纳米材料固定化酶,对纳米材料的种类进行了总结,分析了纳米材料对固定化酶性能的影响,并介绍了纳米级固定化方法及纳米材料固定化酶在生物转化、生物传感器、生物燃料电池等领域的应用。