人工酵母后鲨烯路径基因对7-脱氢胆固醇合成的影响

酵母内源后鲨烯路径中的固醇类物质,是异源甾体类药物合成的重要前体。为了通过微调后鲨烯路径,与异源模块进行适配,以期达到提高异源甾体类化合物表达的目的,以维生素D₃的直接前体-7-脱氢胆固醇(7-DHC)的合成为例,首先在固醇C-24甲基转移酶(ERG6)缺失的酿酒酵母BY4742中,通过导入人源固醇C-24 还原酶DHCR24,并过表达截短的羟甲基戊二酰辅酶A还原酶tHMGR,获得可以合成7-DHC的人工酵母。在此基础上,将后鲨烯路径分割并构建成ERG1、ERG7、ERG11、ERG24-25-26-27和ERG2-3这5个模块,分别在所构建的7-DHC合成菌株中过表达。通过GC-TOF/MS分析7-DHC以及后鲨烯路径中相关代谢中间体的含量,并结合主成分分析发现,过表达不同后鲨烯模块会引起后鲨烯路径上固醇组分的变化而最终影响7-DHC的产量:与出发菌株相比,过表达ERG11模块会显著强化其他固醇物质到酵母固醇的转化;而过表达ERG2-3模块则会减少鲨烯的积累,同时显著增加羊毛固醇及其之后的固醇组分的含量,并获得迄今为止7-DHC在微生物中摇瓶水平的最高产量。因此,对ERG11和ERG2-3的表达优化对7-DHC的合成以及后鲨烯路径代谢流的强化起到了显著的作用,是后续优化人工7-DHC合成酵母的潜在靶点。为研究后鲨烯路径与其他异源甾体合成模块间的适配,提供了可供参考的案例。     

ABC转运蛋白及其在合成生物学中的应用

ABC转运蛋白(ATP-binding cassette transporter,ABC transporter)作为一种超大膜转运蛋白家族,在大多数生物体中发挥着重要作用。文中从结构特征、转运机制以及生理功能等方面论述了ABC转运蛋白的研究进展,进而着重综述了近些年来ABC转运蛋白在合成生物学领域中的应用,并为今后进一步的研究提出了展望,希望为扩展其应用提供指导。     

产玉米黄质的人工酵母细胞的构建

为了实现微生物异源合成天然类胡萝卜素玉米黄质,以一株产β-胡萝卜素的酿酒酵母为底盘细胞,利用合成生物学技术构建人工酵母细胞。通过在染色体整合玉米黄质生物合成关键酶-β-胡萝卜素羟化酶（CrtZ）,并对其9种来源进行筛选,发现整合欧文氏菌来源的β-胡萝卜素羟化酶的菌株获得玉米黄质的最高产量。法尼基焦磷酸（FPP）作为合成萜烯类天然产物的重要前体,通过敲除 Lpp1和Dpp1 基因,削减法尼基焦磷酸向法呢醇的转化,为玉米黄质的合成提供更多的前体,使玉米黄质的产量提高了1.27倍（从29 mg/L提高到36.8 mg/L）。在此基础上,通过增加欧文氏菌来源CrtZ的基因拷贝数及调节其启动子的强弱来增强β-胡萝卜素羟化酶的表达强度,使得玉米黄质的摇瓶产量达到96.2 mg/L,是目前公开报道中产量最高的。     

高产β-胡萝卜素酿酒酵母菌株的设计与构建

酿酒酵母是一种重要的食品安全的工业微生物宿主。如何精确地控制代谢路径中相关基因的表达强度,是在酿酒酵母体内合成β-胡萝卜素的关键因素。通过在Delta位点整合红发夫酵母来源的β-胡萝卜素合成基因(crt E、crt I、crt YB),构建β-胡萝卜素生产菌库。从中挑选28株颜色较黄的菌株,通过96孔细胞培养板及摇瓶发酵,发现这些菌株β-胡萝卜素产量存在显著差异(产量从5.70mg/L到61.88mg/L动态分布)。然后以其中β-胡萝卜素产量最高的菌为出发菌(Sy BE_Sc118012),在敲除该菌株内源基因ypl062w的同时,在此位点过表达t HMG1和BTS1-ERG20融合蛋白以增加前体供应,最终使β-胡萝卜素的产量提高1.65倍,达到162.1mg/L,是目前已知的摇瓶水平最高发酵产量。因此,通过Delta位点整合和增加前体供应结合的策略来强化酿酒酵母中的异源表达具有重要的指导意义。     

工程化P450酶特异性氧化修饰甾体化合物

甾体药物是仅次于抗生素的全球第二大类药物,具有抗炎、抗过敏、调节内分泌等重要功效。对甾体母核特定位点进行有效的氧化修饰,是引入药效活性的关键。研究表明,P450酶是催化甾体特异性氧化的一类关键酶家族。目前,电子传递效率和催化特异性是限制P450酶催化功能的重要因素,会导致目标甾体产物产量低、副产物积累严重等问题。因此,将围绕提高P450酶的催化效率及特异性方面的研究工作,系统综述工程化P450催化甾体类物质的方法策略和相关研究进展,并对催化甾体化合物的P450酶的设计和优化的未来发展进行展望,为该方面工作的深入研究提供指导。     

酵母合成2'-岩藻糖基乳糖的研究进展*

2'-岩藻糖基乳糖(2'-fucosyllactose,2'-FL)是人乳寡糖中含量最高的岩藻糖基化寡糖,具有促进双歧杆菌增殖和调节肠道菌群等作用,已被广泛用于婴幼儿食品行业。目前,2'-FL已经成功在大肠杆菌、酿酒酵母、解脂耶氏酵母、枯草芽孢杆菌和谷氨酸棒杆菌中实现从头合成。考虑到食品安全、消费者认知和接受程度,酵母作为GRAS(generally recognized as safe)菌株,在2'-FL的生物合成中更具工业应用前景和商业价值。概述2'-FL的生物合成路径和现状,对2'-FL生物合成常用的底盘细胞进行比较,从底物转运、前体GDP-L-岩藻糖供应、α-1, 2-岩藻糖基转移酶、产物外排和拓宽底物谱等方面综述酵母合成2'-FL的工程化策略,提出酵母合成2'-FL的限制性因素,并对未来研究进行展望。     

脱落酸生物合成研究进展

脱落酸作为一种抑制生长的植物激素,是平衡植物内源激素和调节生长代谢的关键因子。脱落酸具有提高作物抗旱耐盐、减少果实褐变的作用,同时可降低疟疾发病率、刺激胰岛素分泌,因此在农业和医药领域有着广阔的应用前景。相较于传统的植物提取法和化学合成法,利用微生物合成脱落酸是一种经济、可持续的来源方式。目前利用天然微生物如灰葡萄孢霉菌、蔷薇色尾孢菌等合成脱落酸的研究已经取得了诸多进展,而脱落酸的异源微生物合成研究相对较少。酿酒酵母、解脂耶氏酵母、大肠杆菌等工程菌株作为天然产物异源合成的常用宿主,具有遗传背景清晰、易于操作、便于工业化生产等优势,因此利用微生物异源合成脱落酸是一种更具潜力的生产方式。本文着重从底盘细胞的选择、关键酶的筛选与表达强化、辅因子的调节、增强前体供应及促进脱落酸外排5个方面对微生物异源合成脱落酸的研究进行综述。最后,对该领域的未来发展方向进行了展望。     

合成8二甲基异戊烯基柚皮素的人工酿酒酵母菌株构建

8二甲基异戊烯基柚皮素(8DN)作为生产黄酮类药物淫羊藿苷的重要前体,在医药合成领域具有重大应用潜力。由于其合成路径及相关基因的复杂性,目前主要通过饲喂8DN的直接前体(柚皮素、异黄腐酚等)的方式合成8DN,而在生物体内全合成8DN的研究工作还未见报道。为了实现8DN在酿酒酵母体内的生物全合成,通过组合筛选8DN前体物柚皮素合成所需的多种外源基因(TAL、4CL、CHS、CHI),获得30株柚皮素生产菌,发现不同来源的基因组合使柚皮素产量的具有明显差异(0.37~22.33mg/L)。并且利用Delta位点将较优的基因组合整合至酵母基因组,实现了稳定的柚皮素高产菌株(Sy BE_Sc02050031)构建。在此基础上进一步导入带有苦参来源的异戊烯基转移酶基因(N8DT)多拷贝质粒,实现8DN合成的完整反应过程,8DN的摇瓶发酵产量达到36.7μg/L。另外,通过关键限速酶N8DT的序列优化策略,发现截断定位信号肽序列的N8DT明显提高了从柚皮素到8DN这一关键反应的催化效果,8DN的产量提高到52.6μg/L(144.2%)。首次在酿酒酵母中成功构建高产8DN的生物全合成路径,为在微生物体内合成其他黄酮类天然产物提供了参考,具有重要的指导意义。