使用动态分子开关调控大肠杆菌生产莽草酸

莽草酸是大肠杆菌合成芳香族氨基酸的中间代谢物,也是抗流感药物"达菲"的重要合成前体。合成莽草酸需要截断莽草酸途径,导致芳香族氨基酸无法合成,因此面临细胞生长受到抑制的问题。使用动态调控策略通过将细胞生长和莽草酸的合成相互分离,可以提高菌株的生产性能。通过使用生长偶联型启动子和降解决定子(Degrons),组建动态分子开关。利用该动态分子开关实现细胞生长与莽草酸合成分离,在5L发酵罐中经过72h发酵得到了14.33g/L的莽草酸。结果表明,这种动态分子开关可以通过调控靶蛋白丰度来改变碳流量平衡,使菌株获得更优秀的生产性能。     

多酶组合催化制备L-高苯丙氨酸

【目的】L-高苯丙氨酸(L-HPA)是许多医药化学品的重要中间体,化学合成法生产L-HPA反应复杂、环境污染严重,本研究旨在开发高效环保的L-HPA酶法合成路线。【方法】采用模块化组装的方法,构建了一条以甘氨酸和苯乙醛为底物高产L-HPA的新途径。【结果】首先,根据文献挖掘设计了一条由苏氨酸醛缩酶(TA)、苏氨酸脱氨酶(TD)、苯丙氨酸脱氢酶(PheDH)和甲酸脱氢酶(FDH)组成的多酶组合催化途径,用于L-HPA的合成。其次,根据氨基基团的引入和重构,将L-HPA多酶组合催化途径分为基础单元和扩增单元,基础单元包括TA和TD,扩增单元包括PheDH和FDH。然后,利用不同表达水平的质粒,对基础单元和扩增单元进行蛋白表达的组合调节,获得最优工程菌BL21-C-M1-R-M2,使L-HPA产量达到208.6mg/L。最后,我们对全细胞转化体系进行优化,使L-HPA产量进一步提高到1226.6 mg/L,苯乙醛摩尔转化率为34.2%。【结论】该工艺路线绿色高效,为未来大规模生产L-HPA奠定基础。     

异养微生物固定CO2的合成生物学研究进展

人类活动造成大气二氧化碳（CO₂）浓度不断升高,使当今世界面临着气候变化的重大危机。微生物CO₂固定为实现地球“碳中和”提供了一条有前景的绿色发展路线。与自养微生物相比,异养微生物具有更快的生长速度和更先进的遗传工具,但是其固定CO₂的能力还很有限。近年来,基于合成生物学技术强化异养微生物CO₂固定受到诸多关注,主要包括优化能量供给、改造羧化途径以及基于异养微生物间接固定CO₂。本综述将围绕上述3个方面重点讨论异养微生物CO₂固定的研究进展,为将来更好地利用微生物CO₂固定技术实现“碳达峰、碳中和”提供参考。     

谷氨酸棒杆菌代谢工程高效生产L-缬氨酸北大核心CSCD

L-缬氨酸作为一种支链氨基酸,广泛应用于医药和饲料等领域。本研究借助多种代谢工程策略相结合的方法,构建了生产L-缬氨酸的微生物细胞工厂,实现了L-缬氨酸的高效生产。首先,通过增强糖酵解途径、减弱副产物代谢途径相结合的方式,强化了L-缬氨酸合成前体丙酮酸的供给;其次,针对L-缬氨酸合成路径关键酶—乙酰羟酸合酶进行定点突变,提高了菌株的抗反馈抑制能力,并利用启动子工程策略,优化了路径关键酶的基因表达水平;最后,利用辅因子工程策略,改变了乙酰羟酸还原异构酶和支链氨基酸转氨酶的辅因子偏好性,由偏好NADPH转变为偏好NADH,从而提高了L-缬氨酸的合成能力。在5L发酵罐中,最优谷氨酸棒杆菌工程菌株Corynebacterium glutamicum K020的L-缬氨酸产量、得率和生产强度分别达到了110g/L、0.51g/g和2.29 g/(L·h)。     

光驱动二氧化碳转化系统的构建、优化与应用

利用光能驱动二氧化碳(carbon dioxide, CO₂)还原生产化学品对于缓解环境压力、解决能源危机具有重要意义。光捕获、光电转化和CO₂固定等作为影响光合作用效率的关键因素,同时也制约着CO₂的资源化利用效率。为了解决上述问题,本文从生物化学与代谢工程相结合的角度,系统总结了光驱动杂合系统的构建、优化与应用,并从酶杂合系统、生物杂合系统以及杂合系统应用3个方面分析了光驱动CO₂还原合成化学品的最新研究进展。在酶杂合系统方面,采用的策略主要有提升酶催化活性、增强酶稳定性等;在生物杂合系统方面,采用的方法主要包括增强生物捕光能力、优化还原力供应以及改善能量再生等;在杂合系统应用方面,主要阐述了光驱动CO₂还原生产一碳含能化合物、生物燃料以及生物食品等。最后,从纳米材料(包括有机材料和无机材料)和生物催化剂(包括酶和微生物)两个方面,展望了人工光合系统的进一步发展方向。     

过表达基因elo1和ole1增强光滑球拟酵母Δmed15B菌株的低pH耐受能力

[目的] 研究中介体亚基Med15B（ORF CAGL0H06215g）介导的脂肪酸代谢影响光滑球拟酵母（Candida glabrata）耐受低pH胁迫的生理机制。[方法] 在菌株Δmed15B中过量表达脂肪酸延伸酶基因elo1（ORF CAGL0L08184g）和Δ9去饱和酶基因ole1（ORF CAGL0I00418g）,构建过表达菌株Δmed15B/elo1-ole1,然后与菌株Δmed15B和亲本菌株ATCC55对比分析基因elo1和ole1的表达水平、脂肪酸组分比例、细胞膜完整性和耐受能力在pH 2.0和pH 6.0条件下的差异。[结果] 发现,在pH 2.0条件下过表达菌株Δmed15B/elo1-ole1：（1）基因elo1和ole1表达水平比菌株Δmed15B分别上调了4.1倍和3.3倍,与亲本菌株ATCC55相比分别上调了2.5倍和2.2倍;（2）脂肪酸平均链长延长至17.4,高于菌株Δmed15B的16.8和亲本菌株ATCC55的17.1;不饱和脂肪酸与饱和脂肪酸的比值比菌株Δmed15B和亲本菌株ATCC55分别提高了53.1%和41.5%;（3）碘化丙啶（PI）染色细胞数占总检测细胞数的比例,与菌株Δmed15B和亲本菌株ATCC55比较分别下降了60.8%和37.7%;（4）细胞半抑制pH（胁迫）（IC₅₀）值达到pH 2.3,比菌株Δmed15B的pH 3.7和亲本菌株ATCC55的pH 3.1具有更强的耐受能力。[结论] 在菌株Δmed15B中过表达基因elo1和ole1能通过提高长链脂肪酸和不饱和脂肪酸含量,增强细胞对低pH胁迫的耐受能力。     

炭角菌属真菌化学成分与生物活性研究进展

炭角菌属真菌广泛分布于温带、热带和亚热带地区,主要含有萜类、生物碱、甾醇和聚酮等次级代谢产物,具有抗氧化、抑菌和抗肿瘤等药理活性。本文综述了近10年来国内外有关炭角菌属真菌的研究情况,对其次级代谢产物进行了归纳,总结了相关代谢产物的抗氧化、抑菌和抗肿瘤等生物活性。     

调控大肠杆菌胞内ATP和NADH水平促进琥珀酸生产

琥珀酸作为一种重要的C4平台化合物,广泛应用于食品、化学、医药等领域。利用大肠杆菌(Escherichia coli)发酵生产琥珀酸受胞内辅因子不平衡的影响,存在产率低、生产强度低、副产物多等问题。为此,对不同氧气条件下琥珀酸产量和化学计量学分析发现,微厌氧条件下E.coli FMME-N-26高效积累琥珀酸需要借助三羧酸循环(tricarboxylic acid cycle,TCA)为还原性三羧酸途径(reductive tricarboxylic acid pathway,r-TCA)提供足够的ATP和NADH。通过减少ATP消耗、强化ATP合成、阻断NADH竞争途径和构建NADH回补路径等代谢工程策略,组合调控胞内ATP与NADH含量,获得工程菌株E.coli FW-17。通过发酵条件优化,菌株E.coli FW-17在5 L发酵罐能积累139.52 g/L琥珀酸,比出发菌株提高了17.81%,乙酸浓度为1.40 g/L,降低了67.59%。进一步在1000 L发酵罐中进行放大实验,琥珀酸产量和乙酸浓度分别为140.2 g/L和1.38 g/L。     

模块化工程改造大肠杆菌生产L-色氨酸

L-色氨酸作为一种必需氨基酸,广泛应用于食品、饲料和医药等领域。目前,微生物法生产L-色氨酸存在转化率低等问题。为此,本研究通过敲除L-色氨酸操纵子阻遏蛋白(L-tryptophan operon repressor protein, trpR)、替换l-色氨酸弱化子(trpL)、引入抗反馈调节的aroG^fbr等,获得可积累11.80 g/L L-色氨酸的底盘菌株大肠杆菌(Escherichia coli)TRP3。在此基础上,将L-色氨酸合成途径分为中心代谢途径模块、莽草酸(shikimic acid, SA)途径至分支酸(chorismic acid, CHA)模块、分支酸至L-色氨酸模块,并借助启动子工程,通过平衡中心代谢途径模块、莽草酸途径至分支酸模块、分支酸至L-色氨酸模块,获得工程菌E.coli TRP9。在5 L发酵罐中,工程菌E.coli TRP9的L-色氨酸产量提升至36.08 g/L,糖酸转化率提升至18.55%,达到理论转化率的81.7%。本研究利用模块工程策略,构建了高产L-色氨酸生产菌株,为l-色氨酸的规模化生产奠定了良好的基础。     

慢乙肝ALT变化与HBeAg、HBV DNA阴转的相关性

本文报告乙肝患者的丙氨酸转氨酶(ALT)与HBeAg、HBVDNA转阴的相关性。采用ELISA法将患者血清稀释成100～10-5检测HBeAg,同时采用定量PCR检测HBVDNA及赖氏法检测ALT。ALT正常组HBeAg转阴率28%;HBVDNA转阴率269%;ALT异常组分为03～04ukatL、11～20ukatL,二组HBeAg转阴率各为407%、667%,HBVDNA转阴率各为409%、714%。研究发现,在同一条件下,同一患者不同的时间HBeAg、HBVDNA滴度及数值有升高、降低变化,说明乙型肝类患者为持续性感染,病毒在周期性复制,ALT的变化与HBeAg、HBVDNA阴转有正相关性,提示慢乙肝患者治疗中应重视提高免疫 。