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。     

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。     

还原型谷胱甘肽对阿霉素致大鼠心脏毒性的保护作用及其机制

目的:探讨还原型谷胱甘肽(GSH)对阿霉素所致大鼠心脏毒性的保护作用及其机制。方法:选取40只健康SD大鼠作为实验动物,将其随机分为4组,即GSH(小剂量)组+阿霉素组(小剂量组)、GSH(大剂量)+阿霉素组(大剂量组)、阿霉素组及生理盐水组,每组各10只。上述前3组均给予阿霉素;小剂量组给予GSH 250 mg/kg;大剂量组给予GSH 500 mg/kg;生理盐水组给予相同体积的生理盐水。末次给药24 h后,应用免疫组化学SP法检测大鼠心肌组织中BAX和BCL-2蛋白的表达情况,应用ELISA法测定大鼠血清中CK(肌酸激酶)、CK-MB(肌酸激酶同工酶)、LDH(乳酸脱氢酶)的含量以及心肌组织中超氧化物歧化酶(SOD)、丙二醛(MDA)的活性,并对实验数据进行统计学分析。结果:1与阿霉素组相比,应用GSH干预的大鼠心肌组织中BCL-2的表达显著升高,BAX的表达显著降低,差异均有统计学意义(P0.05);大、小剂量组间BAX和BCL-2蛋白的表达水平比较无统计学差异(P0.05);2与阿霉素组相比,GSH干预的大鼠血清CK、CK-MB、LDH水平均显著下降,但大、小剂量组间比较无显著性差异(P0.05);3与阿霉素组相比,应用GSH干预的大鼠心肌组织MDA水平降低,SOD活力升高(P0.05),但大、小剂量组间比较无显著性差异(P0.05)。结论:还原型谷胱甘肽能够抑制阿霉素导致的心脏毒性作用,其作用机制可能与提高心肌组织BCL-2蛋白的表达与SOD水平、降低MDA水平以及BAX蛋白的表达有关。     

萜类合成酶定向进化的新思路

萜类化合物是天然产物中种类最多且主要存在于植物和微生物体内的一类化合物。随着越来越多具有应用价值的萜类化合物被挖掘,其应用前景引起了人们的关注,但由于含量低、提取成本高等缺点,因此制约了萜类化合物的广泛应用。合成生物学的兴起,为异源合成具有应用价值的萜类化合物提供了新思路,使构建定向、高效的微生物细胞工厂成为现实。萜类合成酶常作为萜类化合物异源合成代谢调控的靶酶,但天然的萜类合成酶存在催化效率低、底物专一性差、立体/区域选择性差、稳定性差等问题,严重影响萜类化合物的产量。萜类合成酶的定向进化可以有效地解决上述问题,为实现微生物细胞工厂异源、高效合成萜类化合物奠定基础。本文综述了近年来酶的定向进化技术的最新进展及应用,并提出了萜类合成酶定向进化的策略。     

平台化学品短链支链脂肪酸和短链支链醇的微生物代谢工程

短链支链脂肪酸和短链支链醇均为重要的平台化学品,是合成多种高附加值产品的前体物质,市场需求巨大。目前两者的生产主要是利用基于石化原料的化学合成法。化学合成法存在着严重依赖化石燃料、反应效率低以及极易造成环境污染等缺点。微生物代谢工程的快速发展为这些平台化学品的生产提供了一条极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平台化学品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。本文系统综述了近年来微生物代谢工程技术在短链支链脂肪酸和短链支链醇合成方面的研究进展,包括所涉及的宿主菌株、关键酶、代谢途径及其改造等,并探讨了未来的发展前景。