抗老化啤酒酵母研究进展

啤酒酵母是啤酒酿造的核心,对啤酒风味多样性及风味稳定性具有重要影响。风味稳定性是啤酒重要的质量指标之一,筛选或选育综合抗老化能力高的优良啤酒酵母菌株将成为有效解决该问题的途径之一。近年来,随着基因工程技术的发展及啤酒酵母基因组的不断阐明,人们对啤酒酵母菌种改良展开了大量的研究,以期解决啤酒酿造问题,改善啤酒质量。本文对采用传统方式及基因工程手段选育高产抗氧化物质或低产啤酒老化物质及老化前驱物的啤酒酵母的最新研究进展进行了综述。其中,对抗老化啤酒酵母的选育目标、评价方法及选育策略进行了讨论,并对抗老化啤酒酵母选育的研究热点及发展趋势进行了展望。     

低乙醛Lager型啤酒酵母研究进展

啤酒酵母是啤酒酿造的核心,对啤酒风味及风味稳定性具有重要影响。乙醛是影响啤酒风味和风味稳定性最重要的醛类化合物,是酒精饮料中引起人类致癌的物质之一,主要通过啤酒酵母的生物代谢产生,存在于啤酒发酵过程及成品啤酒中。因此,筛选或选育优良的低产乙醛啤酒酵母菌株将成为有效解决啤酒风味稳定性的途径之一。近年来,随着基因工程技术的发展及啤酒酵母基因组的不断阐明,人们对啤酒酵母菌种改良展开了大量的研究,以期解决啤酒酿造问题,改善啤酒质量。本文对采用传统方式及基因工程手段选育低产乙醛啤酒酵母的最新研究进展进行了综述。其中,对低乙醛啤酒酵母选育的手段及策略进行了讨论并对低乙醛啤酒酵母选育的研究热点及发展趋势进行了展望。     

代谢工程应用研究进展

代谢工程发展已有二十多年的时间,其利用重组DNA技术,调控细胞生理功能,在微生物、植物和动物细胞中得到了广泛的应用。综述了代谢工程在微生物、植物和动物细胞中应用研究的最新进展,并对其今后发展方向做出展望。     

丝状真菌代谢工程研究进展

丝状真菌(Filamentous fungi)作为重要的工业发酵微生物,在有机酸、蛋白质及次级代谢产物等关键生物基产品生产方面发挥着重要作用.自20世纪90年代代谢工程理念提出以来,尤其是代谢工程使能技术的创新及发展,极大地促进了丝状真菌细胞工厂的构建及其在工业发酵领域的应用.文中将系统介绍近年来丝状真菌代谢工程技术的...     

非传统酵母代谢工程研究进展

近30年来解脂耶氏酵母、克鲁维酵母、毕赤酵母、假丝酵母、汉逊酵母等非传统酵母因其具有天然的生理代谢优势,如快速生长、多底物利用、胁迫耐受性等,在代谢工程领域得到了广泛关注,多种基因工程改造工具正逐渐被开发用于非传统酵母的特性拓展,使其成为合成重组蛋白、生物可再生化学物质的高效细胞工厂.文中总结了非传统酵母中基因编辑工具...     

微生物合成鸟氨酸的代谢工程研究进展

鸟氨酸是一种非蛋白氨基酸,对氨态氮的排出及解除氨中毒有重要的作用,可用于功能性饮料、减肥保健产品及护肝抗癌药品等,在医疗、保健、食品等领域具有广泛的应用前景。本文系统地总结目前微生物合成鸟氨酸的研究现状,介绍鸟氨酸的分解代谢和合成代谢途径,及其所涉及的关键酶,详细阐述利用代谢工程改造鸟氨酸生产菌的思路,及其所涉及的代谢工程技术和最新研究进展,展望微生物合成鸟氨酸的代谢工程未来发展方向。     

聚酮类化合物生物合成的代谢工程研究进展

聚酮化合物是一类重要的具有生物活性的次级代谢物。本文讨论了以聚酮生物合成酶为核心的聚酮化合物生物合成途径,以及近年来有关代谢工程在聚酮类化合物生物合成方面的研究工作进展,主要包括将聚酮生物合成途径引入新的宿主、代谢流量分析在提高聚酮化合物中的应用及合成新的聚酮化舍物等。     

提高衣康酸产量的代谢工程育种研究进展

衣康酸(itaconic acid,IA)是一种白色结晶状的不饱和二元羧酸,它是化学和制药工业中许多相关化合物的前体,被广泛应用于树脂、塑料、胶乳和超吸附剂等的工业生产中。与化学法生产衣康酸相比,生物法具有原料来源广泛,生产过程能耗低,不污染环境等优点。介绍了衣康酸合成的生物代谢途径,以及在野生型宿主和异源宿主中生产衣康酸和提高衣康酸产量的生物技术,为今后开展利用生物技术生产衣康酸的研究提供参考。     

大肠杆菌生产异戊二烯的代谢工程研究进展

异戊二烯作为一种重要的化工原料,主要用于合成橡胶。此外,还广泛应用于医药或化工中间体、食品、粘合剂及航空燃料等领域。利用微生物法生产异戊二烯因具有环境友好、利用廉价的可再生原料、可持续发展等优势而成为当今研究的热点。这里介绍了大肠杆菌生产异戊二烯的代谢途径及关键酶,从代谢工程的角度出发综述了目前为提高大肠杆菌异戊二烯产量所应用到的方法和策略,并对今后的发展方向进行了展望。     

逆向代谢工程的最新研究进展

随着高通量测序技术的快速发展,可以快速地通过基因组尺度的序列比较,来全面、系统地探讨工业生产菌株和实验室优良菌株的遗传基础,分析基因型-表型之间的关系;同时结合准确的基因组修饰技术,完成基于全基因组突变分析的逆向代谢工程。近年来,基于全基因组突变分析的逆向代谢工程已经成功地应用于微生物优良菌株选育,成为了研究的前沿和热点。综述了近几年逆向代谢工程发展的研究方法,突变型-表型相关性分析,逆向代谢工程的最新进展及其应用,并讨论其面临的问题及挑战。     

代谢工程改造酿酒酵母生产L-乳酸的研究进展

L-乳酸是一种重要的有机化合物,具有广泛的应用价值。微生物发酵法生产是当前L-乳酸的主要来源,但受限于精确的发酵条件、菌体产物耐受能力低及底物要求高等因素,导致L-乳酸供给不足且价格偏高。鉴于酿酒酵母利用廉价底物生产有价值物质方面的诸多优势,并随着分子生物学技术的发展,利用代谢工程改造酿酒酵母本身固有的代谢网络,使其高产L-乳酸已成为当前研究的热点。从L-乳酸的异源生产、关键途径改造及菌体生长能力恢复三个方面归纳了关于代谢工程改造酿酒酵母生产L-乳酸的研究进展。最后,指出了酿酒酵母异源生产L-乳酸存在的不足和今后研究的方向。     

代谢工程与全基因组重组构建酿酒酵母抗逆高产乙醇菌株

将酿酒酵母海藻糖代谢工程与全基因组重组技术相结合,改良工业酿酒酵母菌株的抗逆性和乙醇发酵性能。对来源于二倍体出发菌株Zd4的两株优良单倍体Z1和Z2菌株进行杂交获得基因组重组菌株Z12,并对Z1和Z2先进行(1)过表达海藻糖-6-磷酸合成酶基因 (TPS1) ,(2)敲除海藻糖水解酶基因 (ATH1), (3)同时过表达 TPS1和敲除ATH1, 经此三种基因工程操作后再进行杂交获得代谢工程菌株的全基因组重组菌株Z12ptps1、Z12 Δath1和Z12pTΔA。与亲株Zd4相比,Z12及结合代谢工程获得的菌株在高糖、高乙醇浓度与高温条件下生长与乙醇发酵性能都有不同程度的改进。对比研究结果表明:在高糖发酵条件下,同时过表达 TPS1和敲除ATH1 的双基因操作工程菌株胞内海藻糖积累、乙醇主发酵速率和乙醇产量相对于亲株的提高幅度要大于只过表达 TPS1,或敲除ATH1 的工程菌。结合了全基因组重组后获得的二倍体工程菌株Z12pTΔA,与原始出发菌株Zd4及重组子Z12相比,主发酵速率分别提高11.4%和6.3%,乙醇产量提高7.0%和4.1%,与其胞内海藻糖含量高于其它菌株、在胁迫条件下具有更强耐逆境能力相一致。结果证明,海藻糖代谢工程与杂交介导的全基因组重组相结合,是提高酿酒酵母抗逆生长与乙醇发酵性能的有效策略与技术途径。     

酿酒酵母代谢工程技术

自20世纪90年代初期诞生以来,代谢工程历经了30年的快速发展。作为代谢工程的首选底盘细胞之一,酿酒酵母细胞工厂已被广泛应用于大量大宗化学品和新型高附加值生物活性物质的生物制造,在能源、医药和环境等领域取得了巨大的突破。近年来,合成生物学、生物信息学以及机器学习等相关技术也极大地促进了代谢工程的技术发展和应用。文中回顾了近30年来酿酒酵母代谢工程重要的技术发展,首先总结了经典代谢工程的常用方法和策略,以及在此基础上发展而来的系统代谢工程和合成生物学驱动的代谢工程技术。最后结合最新技术发展趋势,展望了未来酿酒酵母代谢工程发展的新方向。     

From flavors and pharmaceuticals to advanced biofuels: Production of isoprenoids in Saccharomyces cerevisiae

Isoprenoids denote the largest group of chemicals in the plant kingdom and are employed for a wide range of applications in the food and pharmaceutical industry. In recent years, isoprenoids have additionally been recognized as suitable replacements for petroleum-derived fuels and could thus promote the transition towards a more sustainable society. To realize the biofuel potential of isoprenoids, a very efficient production system is required. While complex chemical structures as well as the low abundance in nature demonstrate the shortcomings of chemical synthesis and plant extraction, isoprenoids can be produced by genetically engineered microorganisms from renewable carbon sources. In this article, we summarize the development of isoprenoid applications from flavors and pharmaceuticals to advanced biofuels and review the strategies to design microbial cell factories, focusing on Saccharomyces cerevisiae for the production of these compounds. While the high complexity of biosynthetic pathways and the toxicity of certain isoprenoids still denote challenges that need to be addressed, metabolic engineering has enabled large-scale production of several terpenoids and thus, the utilization of these compounds is likely to expand in the future.     

高产谷胱甘肽酵母菌株的选育及其代谢通量分析

利用UV和HNO2及其复合诱变处理S.cerevisiae 的原生质,筛选得到ZnCl2和半胱氨酸抗性菌株S.cerevisiae YZM-14(ZnCl2r,Cysr),其谷胱甘肽(GSH)产量(84.72mg/L)、生物量(7.63g/L)及胞内GSH含量(11.10mg/g)分别是出发菌株的2.79倍、1.63倍和1.71倍,且性状稳定。根据细胞比生长速率和GSH得率变化曲线,将GSH生物合成过程分为三个阶段,第二阶段诱变菌株与出发菌株相比PP途径代谢通量增加8.1 mmol/(g·h),GSH前体合成途径通量增加,且诱变菌株的有机酸分泌通量减少,提高了细胞的碳源利用效率,增大了GSH的生成。     

辅酶工程在酿酒酵母木糖代谢工程中的研究进展

辅酶工程（cofactor engineering）是代谢工程的一个重要分支,它通过改变辅酶的再生途径,达到改变细胞内代谢产物构成的目的。介绍了酿酒酵母(Saccharomyces cerevisiae)木糖代谢工程中,利用辅酶工程解决氧化还原平衡问题的研究进展,包括引入转氢酶系统,增加代谢中可利用的NADPH,实现NADH的厌氧氧化等策略。同时介绍了改变XR、XDH辅酶偏好的研究进展。     

Production of Extracellular lipases by Saccharomyces cerevisiae

Seven strains of Saccharomyces cerevisiae all produced lipase when grown in shake flask culture. The best strain, DSM 1848, produced 4.0U of lipase in the medium containing olive oil and yeast extract. Production of the lipase was growth-associated.     

代谢工程改造酿酒酵母合成葡萄糖二酸

葡萄糖二酸是一种高附加值的有机酸,广泛用于食品、医药和化工领域。为获得生产葡萄糖二酸的微生物细胞工厂,通过共表达小鼠来源的肌醇加氧酶(MIOX)及恶臭假单胞菌来源的醛酸脱氢酶(Udh),在酿酒酵母Saccharomyces cerevisiae CEN.PK2-1C中构建了葡萄糖二酸合成途径,产量为(28.28±3.15)mg/L。在此基础上,通过调控前体肌醇的合成途径,发现肌醇-1-磷酸合成酶(INO1)是葡萄糖二酸合成途径的限速酶,过量表达INO1,葡萄糖二酸产量达到(107.51±10.87)mg/L,提高了2.8倍。进一步弱化竞争支路中磷酸果糖激酶(PFK1)的表达,最终葡萄糖二酸的产量达到(230.22±10.75)mg/L,为进一步获得高产葡萄糖二酸细胞工厂提供基础。     

Metabolic Engineering of Saccharomyces cerevisiae Producing Nicotianamine: Potential for Industrial Biosynthesis of a Novel Antihypertensive Substrate

Nicotianamine (NA), a metal chelator, is ubiquitous in higher plants. In humans, NA inhibits angiotensin I-converting enzyme (ACE), and consequently reduces high blood pressure. Nicotianamine is synthesized from the trimerization of S-adenosylmethionine (SAM) by NA synthase (NAS). Here, we aimed to produce large amounts of NA fermentatively by introducing the Arabidopsis AtNAS2 gene into Saccharomyces cerevisiae strain SCY4. This strain can accumulate up to 100 times the usual amount of SAM, and this is considered desirable for overproduction of NA. Nicotianamine was produced in the engineered yeast, and the NA level increased with incubation time until the stationary phase. The maximum concentration of intracellular NA obtained was 766±33 μg/g wet weight. Successful production of NA in S. cerevisiae should pave the way for industrial production of this novel antihypertensive substrate.     

Characterization of gamma-glutamylamidase-glutaminase activity in Saccharomyces cerevisiae

In a foregoing paper we have shown the presence in the yeast Saccharomyces cerevisiae of an enzyme catalyzing the hydrolysis of L-gamma-glutamyl-p-nitroanilide, but apparently distinct from gamma-glutamyltranspeptidase. The cellular level of this enzyme was not regulated by the nature of the nitrogen source supplied to the yeast cell. Purification was attempted, using ion exchange chromatography on DEAE Sephadex A 50, salt precipitations and successive chromatographies on DEAE Sephadex 6B and Sephadex G 100. The apparent molecular weight of the purified enzyme was 14,800 as determined by gel filtration. As shown by kinetic studies and thin layer chromatography, the enzyme preparation exhibited only hydrolytic activity against gamma-glutamylarylamide and L-glutamine with an optimal pH of about seven. Various gamma-glutamylaminoacids, amides, dipeptides and glutathione were inactive as substrates and no transferase activity was detected. The yeast gamma-glutamylarylamidase was activated by SH protective agents, dithiothreitol and reduced glutathione. Oxidized glutathione, ophtalmic acid and various gamma-glutamylaminoacids inhibited competitively the enzyme. The activity was also inhibited by L-gamma-glutamyl-o-(carboxy)phenylhydrazide and the couple serine-borate, both transition-state analogs of gamma-glutamyltranspeptidase. Diazooxonorleucine, reactive analog of glutamine, inactivated the enzyme. The physiological role of yeast gamma-glutamylarylamidase-glutaminase is still undefined but is most probably unrelated to the bulk assimilation of glutamine by yeast cells.