合成生物制造2022

本文对2022年《生物工程学报》发表的与合成生物制造相关的综述和研究论文进行了评述,重点讨论了DNA测序、DNA合成、DNA编辑、基因表达调控和数学细胞模型等底层技术,酶的设计、改造和应用技术,化学品生物催化、氨基酸及其衍生物、有机酸、天然化合物、抗生素与活性肽、功能多糖、功能蛋白质等重要产品的生物制造技术,一碳化合物和生物质原料利用技术以及合成微生物组技术,以帮助读者从一个侧面了解合成生物制造相关技术和产业的发展情况。     

猴头菌粉与5-氨基水杨酸联用抑制小鼠急性溃疡性结肠炎并提高肠道共生菌Parabacteroides distasonis丰度

猴头菌Hericium erinaceus是一种药食同源真菌,广泛应用于治疗胃肠道疾病,可采用液态发酵技术规模化量产获得菌丝体粉。本研究旨在分析猴头发酵菌粉（HE,300mg/kg/d）与5-氨基水杨酸（5-aminosalicylic acid,5-ASA,150mg/kg/d）联用对葡聚糖硫酸钠（dextran sodium sulfate,DSS）诱导的小鼠结肠炎的治疗作用。HE和5-ASA能够减轻小鼠急性溃疡性结肠炎症状,包括减轻体重的降低率和疾病活动指数评分（DAI）。HE和5-ASA联用可以显著抑制小鼠结肠组织炎症,通过降低肿瘤坏死因子-α（Tnf-α）和白细胞介素-β（Il-β）基因的表达。此外,利用16S rRNA基因测序技术对小鼠盲肠微生物群落组成及结构进行分析。HE与5-ASA联用可以重塑肠道微生态环境,并显著提高狄氏副拟杆菌Parabacteroides distasonis相对丰度。人体粪便体外发酵结果证实HE与5-ASA可以增加P. distasonis。综上,HE与5-ASA联用可有效抑制小鼠结肠炎症水平,并调节肠道微生物,可能是通过增加P. distasonis起作用。     

毕赤酵母GS115表达HSA-GCSFm的诱导工艺研究

本文探讨了甲醇流加控制、添加胰蛋白胨和甲醇/山梨醇共混诱导对重组毕赤酵母GS115/pPIC9K-HSA-GCSFm表达HSA-GCSFm的影响.结果显示:甲醇供应充足条件下HSA-GCSFm表达水平仅为37 mg·L-1,而甲醇添加受限条件下HSA-GCSFm表达水平可达到239mg·L-1;甲醇添加受限并添加胰蛋白胨条件下,HSA-GCSFm表达水平可以提高到266 mg·L-1;在此基础上,流加山梨醇作为辅助碳源,表达水平可大幅提高至424 mg·L-1.通过对各诱导条件下OUR、胞外蛋白酶及碳流分配进行分析后发现,将甲醇限制在低浓度同时添加胰蛋白胨与山梨醇,可以改善细胞代谢活性,增加细胞用于HSA-GCSFm合成的碳流分配量,降低胞外蛋白酶活性,从而提高了HSA-GCSFm的表达水平并缓解了HSA-GCSFm的降解.因此,该诱导工艺适于毕赤酵母高效表达HSA-GCSFm.     

后基因组时代的工业生物技术

简述了工业生物技术的发展背景和意义,分析了基因组学和功能基因组学发展对工业生物技术的推动作用,重点介绍了本期专刊发表的代谢工程、发酵工程以及工业酶与生物催化领域的17篇论文。     

海洋耐高温酸性α-淀粉酶水解玉米淀粉的研究

为开发适用于工业生产的新型酶制剂,以实验室自主构建的基因工程菌所产的新型海洋耐高温酸性α-淀粉酶为液化酶,以玉米淀粉液化后的DE值为指标,研究影响玉米淀粉的液化的因素,确定该酶水解玉米淀粉的最佳工艺条件。新型海洋耐高温酸性α-淀粉酶最佳的工艺条件为温度85℃、时间90 min、粉浆浓度250 g/L、酶用量32 U/g淀粉。     

生物合成谷胱甘肽种间耦合ATP再生系统的构建

利用重组大肠杆菌Ⅱ 1中的谷胱甘肽合成酶系和面包酵母WSH J7中的ATP生物合成酶系 ,构建了一个以葡萄糖为能源的种间耦合ATP再生系统。经过通透性处理的酵母细胞几乎不能消耗葡萄糖。在反应体系中添加 1mmol/LAMP和 0 0 5mmol/LNADH ,即可启动酵母的酵解途径。提高耦合系统中的葡萄糖浓度 ,可促进GSH的合成。当葡萄糖浓度为 40 0mmol/L时 ,系统内GSH浓度达到 1 0 4mmol/L(3 2 g/L)。Mg2 +缺乏时 ,耦合系统和外加ATP的非耦合系统均不能合成谷胱甘肽。耦合系统中Mg2 +与ATP形成螯合物 ,可能是导致耦合系统中GSH产量较低的原因。在耦合系统中补加Mg2 +,反应 6h时GSH浓度达到 1 4 3mmol/L(4 4g/L)。     

微生物合成中链聚羟基烷酸酯研究进展

某些微生物细胞在特定营养限制的条件下会产生聚羟基烷酸酯作为碳源储备。和短链聚羟基烷酸酯(PHB)一样 ,中链聚羟基烷酸酯由于具有更优良的性能、更高的附加值和更广泛的用途而受到人们的关注 ;此外 ,中链聚羟基烷酸酯还可以被人工合成为具有功能性侧链的半合成高聚物 ,并因此能够具有更好的弹性和更理想的结晶性能等优点 ,从而成为近年来对环境友好的生物可降解材料的研究重点。在能够合成中链聚羟基烷酸酯的微生物中 ,食油假单胞菌是最典型 ,也是研究得最多的一种。本文对由食油假单胞菌合成中链聚羟基烷酸酯的特点、代谢机制、发挥过程等内容进行了综述 ,并提出了这一研究领域未来可能的研究方向     

来源于Rhinocladiella mackenziei的玉米赤霉烯酮水解酶的表达纯化与酶学性质

【背景】玉米赤霉烯酮(Zearalenone,ZEN)是污染最广泛的霉菌毒素之一,对饲料行业和畜牧业造成了巨大的经济损失。目前研究最为广泛的玉米赤霉烯酮降解酶ZHD101因其热稳定性较差,无法满足工业应用上的要求。【目的】为实现玉米赤霉烯酮降解酶在工业上的应用,寻找酶学性质更突出的ZEN降解酶。【方法】基于对Gen Bank数据库的挖掘,发现一个来源于麦氏喙枝孢霉(Rhinocladiella mackenziei CBS 650.93)的Rmzhd基因,构建p ET-46-Rmzhd质粒。利用大肠杆菌表达体系和亲和层析、离子交换纯化体系对蛋白进行表达和纯化,通过高效液相凝胶色谱分析酶学性质。【结果】发现一个新的ZEN水解酶Rm ZHD,RmZHD在pH 8.6和45°C条件下的活性最高,而且具有较高的耐热性。结构分析表明,较高的盐桥数目和溶剂暴露脯氨酸含量可能是造成其高耐热性的原因。【结论】本研究为促进玉米赤霉烯酮降解酶在工业上的应用打下基础。     

新一代基因组编辑系统CRISPR/Cpf1

CRISPR/Cas系统几乎存在于所有的细菌和古菌中,是用来抵御外来病毒和噬菌体入侵的获得性免疫防御机制。2012年起CRISPR/Cas9被改造为基因编辑工具,并衍生出一系列高效、便捷的基因编辑工具,迅速在基础理论、基因诊断和临床治疗等研究领域中得到广泛应用。然而,CRISPR/Cas9也存在细胞毒性、脱靶效应和基因插入困难等一些亟待解决的问题,在一定程度上限制了CRISPR/Cas9的应用。Cpf1是2015年报道的一种新型CRISPR效应蛋白,具有许多与Cas9不同的特性,有利于克服CRISPR/Cas9应用中的一些限制。本文综述了近两年来对CRISPR/Cpf1的研究进展和应用,并对其应用前景和发展方向进行了展望。