全细胞催化生产N-乙酰神经氨酸的条件优化

【目的】N-乙酰神经氨酸有多种生物学功能,其在治疗流感、神经性疾病、炎症和肿瘤等方面具有重要的医药价值。N-乙酰神经氨酸现有的生产方法产量低、成本高,难以满足医药工业大规模的需求,因而急需建立一种经济高效的生产方法。【方法】在前期研究中,构建了一株产N-乙酰神经氨酸的代谢工程菌(Escherichia coliΔnanTEK/pNA),本研究通过单因素试验对工程菌生物转化生产N-乙酰神经氨酸的过程进行优化,包括工程菌细胞培养条件(培养温度和时间)和全细胞生物转化的各种条件(转化温度、时间、表面活性剂等)。【结果】经过条件优化后,建立了全细胞催化法生产N-乙酰神经氨酸的工艺流程,使N-乙酰神经氨酸的产量提高到294.39 mmol/L。【结论】该方法具有操作简便、高效和经济的优势,为N-乙酰神经氨酸的规模化生产奠定了基础。     

来源于葡萄球菌的N-乙酰神经氨酸裂合酶的基因克隆及性质

葡萄球菌Staphylococcus hominis来源的N-乙酰神经氨酸裂合酶基因shnal(GenBank Accession No.EFS20452.1)构建至pET-28a质粒并在大肠杆菌中得到表达.通过目的蛋白的纯化和酶学性质研究发现,ShNAL是一个四聚体,裂解方向的最适反应pH为8.0;合成方向的最适反应pH为7.5,最适反应温度为45℃.在45℃下孵育2h对ShNAL的活力基本无影响,高于45℃时,活力迅速下降.该酶在pH 5.0～10.0的环境中比较稳定,4℃下放置24 h酶的残余活力在70％以上.ShNAL对N-乙酰神经氨酸(Neu5Ac)、N-乙酰甘露糖胺(Man)和丙酮酸(Pyr)的Km值分别是(4.0±0.2) mmol/L、(131.7±12.1)mmol/L和(35.14±3.2) mmol/L,kcat/Km值分别为1.9 L/(mmol·s)、0.08 L/(mmol·s)和0.08 L/(mmol·s).     

全细胞催化法生产N-乙酰神经氨酸的研究进展

N-乙酰神经氨酸(N-acetyl-D-neuraminic acid,Neu5Ac)及其衍生物不仅在人体内发挥重要的生理生化功能,且已经应用到流感的预防和治疗。但已有的N-乙酰神经氨酸生产方法产量低、成本高,限制了其大规模生产和广泛应用。随着分子生物学技术及糖组学研究的发展与成熟,一种新型的生物技术即全细胞催化法生产N-乙酰神经氨酸正成为研究的热点。旨在介绍全细胞催化技术合成N-乙酰神经氨酸的研究进展。     

LC-MS/MS法检测猪内脏和肌肉中N-乙酰神经氨酸、N-羟乙酰氨酸和脱氨神经氨酸浓度的研究

目的:建立液相色谱-三重四级杆质谱联用法(LC-MS/MS)测定猪内脏和肌肉组织中唾液酸N-乙酰神经氨酸(Neu5Ac)、N-羟乙酰神经氨酸(Neu5Gc)和脱氨神经氨酸(KDN)浓度的分析方法。方法:将内脏肉组织匀浆后,利用三氟乙酸(TFA)将结合态的唾液酸从糖脂或糖蛋白链上解离下来后进样分析。色谱条件:色谱柱为ZORBAX Eclipse Plus C18(5μm,4.6×250 mm,Waters),流动相为0.1%醋酸铵-100%乙腈(9:1),柱温:25℃,流速800μL·min~(-1),进样量20μL。质谱条件:离子源为电喷雾化离子源(ESI),扫描方式为多重反应监测(MRM),监测离子对:Neu5Ac:307.7→87.0,Neu5Gc:323.3→116.0,KDN:266.7→87.0,13C3Neu5Ac内标品:310.9→90.0。结果:Neu5Ac、Neu5Gc和KDN分别在0.1~20.0、0.05~10.00和0.005~1.000μmol·L~(-1)的浓度范围内和对照品与内标峰面积比值线性关系良好,重复性平均RSD为1.2%,稳定性平均RSD为1.9%,日间和日内精密度试验RSD均小于6.7%,平均回收率为92.9~106.4%。结论:本方法简便、快速、灵敏度高,可广泛运用于组织和体液中唾液酸的测定。     

染料木黄酮对大鼠体内N-羟乙酰神经氨酸含量的影响及其与唾液酸转移酶相互作用的探讨

本研究旨在研究染料木黄酮(Genistein,Gen)对大鼠体内N-羟乙酰神经氨酸(N-glycolylneuraminic acid,Neu5Gc)生物合成的影响。选取80只4周龄SD雄性大鼠,随机平均分为对照组和Gen组,分别灌胃5%的乙醇溶液和300 mg/(kg·d)的Gen溶液。利用荧光高效液相色谱(HPLC-FLD)检测大鼠后腿肌肉、肾脏、肝脏组织中Neu5Gc的含量,并采用Gen与唾液酸转移酶(Sialyltransferase,ST)分子对接,初步探讨了其抑制Neu5Gc合成的机理。结果表明:灌胃15 d时,后腿肌肉和肝脏组织中的Neu5Gc的含量分别降低了13.77%和15.45%,而肾脏组织中Neu5Gc的含量变化差异不显著;30 d时,在肌肉组织中未检出Neu5Gc,在肝脏组织中的Neu5Gc的含量降低了13.35%,肾脏组织中Neu5Gc的含量没有显著的变化;45 d时,在后腿肌肉、肾脏组织和肝脏组织中的Neu5Gc含量分别降低了32.65%、16.80%和32.78%;60d时,在后腿肌肉、肾脏组织和肝脏组织中Neu5Gc含量降低了12.72%、12.30%和11.42%。Gen与ST活性位点残基His319、Ser151、Gly293、Thr328形成氢键,且与残基His302、His301、Trp300、Ser271、Phe292、Thr328、Ser325、Ile274形成疏水作用。因此分子间弱相互作用是导致Gen抑制ST活性的主要原因。该研究结果为后续开展宰前降低红肉中Neu5Gc的方法提供了基础实验方法支撑。     

全细胞催化生产苯乙酰-7-氨基-3-脱乙酰氧基头孢烷酸的条件优化

头孢类抗生素由于广谱性和低毒性被广泛用于细菌感染的治疗。7-氨基-3-脱乙酰氧基头孢烷酸(7-aminodeacetoxycephalosporanic acid,7-ADCA)作为半合成头孢类抗生素的重要中间体,需求量逐渐增加,而7-ADCA主要由G-7-ADCA(苯乙酰-7ADCA)脱酰基得到。工业上多以化学法合成G-7-ADCA,成本高,污染严重。迫切需要对环境友好且经济高效的合成方法。在前期研究中,构建了一株可以将青霉素G转化为G-7-ADCA的代谢工程菌(E.coli H7/PG15)。本研究通过单因素试验对E.coli H7/PG15的G-7-ADCA合成过程进行优化,包括底物组成及其最适浓度,转化条件(菌体浓度、p H、青霉素浓度、MOPS浓度、葡萄糖浓度,铁离子浓度和时间等)。优化后,建立了全细胞催化法生产G-7-ADCA的工艺流程,使G-7-ADCA的产量稳定在15 mmol/L左右,转化率达到30%,具有操作简便、高效和经济的优势。     

生物转化-从全细胞催化到代谢工程

与传统的化学合成方法相比,利用生物的手段转化生产活性化合物及其衍生物无疑具有更大的吸引力。随着用于生物转化微生物种类的增多,生物转化的应用领域不断得到扩大。生物转化的发展经历了野生型全细胞催化,基因工程微生物全细胞反应,以及利用系统分析和代谢工程进行全局性调控等几个阶段。以下对这一发展趋势及相关研究的最新进展作一简要综述。     

脱氨神经氨酸及其在肿瘤中表达的研究进展

脱氨神经氨酸(2-keto-3-deoxy-D-glycero-D-galacto-nononic acid,KDN)是唾液酸家族中的三种核心成员之一。KDN单体主要由甘露糖作为前体糖合成得到,KDN大量存在于低等脊椎动物和细菌中,而在哺乳动物中的表达量却很低。近期,有研究报道,KDN在人类肿瘤中高表达,并且会随着肿瘤恶性程度的增高呈正相关增长,因此,推测KDN可能是某些肿瘤的肿瘤标示物。本文介绍了KDN的结构及其生物合成,重点综述了KDN在生物体内及肿瘤中的表达等研究现状,为以后深入研究KDN奠定了良好的基础。     

多细胞耦合转化N-乙酰氨基葡萄糖和乳糖生产唾液酸乳糖

唾液酸乳糖是母乳寡糖(human milk oligosaccharides, HMOs)中含量最丰富的唾液酸化低聚糖之一，对婴幼儿的健康发育有重要作用，但是其目前缺乏高效、廉价的生产工艺。针对该问题，本研究建立了多菌株两步法耦合生物合成唾液酸乳糖方法。第一步构建2株工程菌，大肠杆菌JM109(DE3)/pET28a-BT0453和JM109(DE3)/pET28a-nanA，用于耦合合成中间产物N-乙酰神经氨酸，在2株工程菌株细胞生物量比为1:1，反应时间为32 h的条件下，得到的N-乙酰神经氨酸最高产量为20.4 g/L。第二步向上述发酵液中添加大肠杆菌JM109(DE3)/pET28a-neuA、JM109(DE3)/ pET28a-nst和面包酵母，通过三菌株耦合发酵合成3ʹ-唾液酸乳糖(3ʹ-sialyllactose, 3ʹ-SL)。在底物N-乙酰氨基葡萄糖、乳糖浓度均为200 mmol/L，面包酵母细胞生物量为150 g/L，辅因子Mg²⁺浓度为20 mmol/L的优化条件下，发酵24 h，发酵液中3ʹ-唾液酸乳糖的最高产量达到55.04 g/L，底物N-乙酰氨基葡萄糖的转化率为43.47%。研究结果为低成本生产3ʹ-唾液酸乳糖提供了一条新的技术路线。     

利用N-乙酰葡糖胺糖苷酶在乳酸乳球菌表面展示超氧化物歧化酶

分别将乳酸乳球菌(Lactococcus lactis)N-乙酰葡糖胺糖苷酶基因(acmA)的信号肽序列(ss)、C-末端结构域(cA)及全长基因,与来自大肠杆菌(Escherichiacoli)的超氧化物歧化酶(SOD)基因sod构建成融合基因ss-cA-sod和acmA-sod,并连接于表达载体pMG36K,然后导入乳酸乳球菌ATCC11454菌株,获得了能在细胞表面展示SOD的重组工程菌MB193和MB194。经SDS-PAGE验证,重组菌MB193和MB194可分别表达产生分子量约为46和64kD的融合酶蛋白cA-SOD和AcmA-SOD。通过黄嘌呤氧化酶法测定MB193和MB194菌株的全细胞Mn-SOD酶活力分别为(2.63±0.51)U/mL和(3.51±0.64)U/mL,明显高于仅在细胞内表达产生SOD的对照重组菌MB192的酶活性(1.53±0.38)U/mL,且表达融合酶AcmA-SOD的重组菌MB194具有最大的表面展示效率(56.4%)。     

重组大肠杆菌全细胞催化高效合成胆绿素北大核心CSCD

胆绿素作为一种重要的保护细胞的抗氧化剂,其传统生产方法主要由胆红素的化学氧化产生,但过程复杂、纯度不高。本研究提出了一种高效、绿色、安全的生产胆绿素的方法。通过比较,筛选得到了破伤风梭状芽孢杆菌(Clostridium tetani)来源的血红素加氧酶(heme oxygenase,HO)基因,并成功构建具备转化血红素合成胆绿素能力的重组大肠杆菌(Escherichiacoli)BL21/pETDuet-hoCt。在pH 7.0、35℃、100 mg/L底物浓度条件下胆绿素产量为32.9 mg/L。为提高还原力,构建了基于谷氨酸脱氢酶(glutamate dehydrogenase,GdhA)的NADPH辅酶再生系统,获得重组菌E.coli BL21/pETDuet-gdhAEc-hoCt,胆绿素产量为71.5 mg/L。此外,通过引入膜表面展示系统,构建重组菌E.coli BL21/pETDuet-gdhAEc-blc/hoCt,缩短转化时间的同时,胆绿素产量进一步得到提高,达到76.3 mg/L,是目前生物法合成胆绿素的最高研究报道。本研究为胆绿素的绿色生产奠定了良好的基础。     

山奈酚和槲皮素对大鼠体内Neu5Gc合成的影响及分子机制探究

非人源性唾液酸N-羟乙酰神经氨酸(N-glycolylneuraminic acid, Neu5Gc)是红肉中潜在的致癌性因子。唾液酸转移酶是涉及转运其前体物质的关键酶之一。大鼠用不同浓度的山奈酚(kaempferol,KA)和槲皮素(quercetin,Qu)灌胃,并模拟宰前对Neu5Gc合成影响的结果表明,不同浓度的KA、Qu对大鼠体内肌肉组织、肝和肾中Neu5Gc的含量均有一定的影响,最大抑制率分别为36.44%±0.11%和33.37%±0.08%。为探究其抑制机制,采用唾液酸转移酶(sialyltransferase,ST)与KA、Qu进行分子对接和分子动力学模拟分析。分子对接复合物二维相互作用图表明:KA和Qu能有效占据ST特异性抑制剂5′-胞苷单磷酸的活性位点氨基酸残基;对最佳复合物进行200 ns的动力学模拟结果显示,ST和KA产生稳定氢键作用的氨基酸残基主要是His301和Gly298,与Qu产生氢键作用的氨基酸残基主要是Gly293、Glu324、Thr272和Ser276。结合自由能分析表明,范德华力、静电吸引作用对抑制过程具有重要作用。本研究为合成和筛选高效ST抑制剂提供了一定实验依据。     

O-连接的N-乙酰葡糖胺糖蛋白的研究进展

O-连接的N-乙酰葡糖胺(O-GlcNAc)修饰是普遍存在的翻译后修饰.已有许多的蛋白被发现是O-GlcNAc蛋白.目前,许多分析方法可以检测O-GlcNAc,将其从内膜系统的多种糖基化中区分出来.O-GlcNAc修饰在细胞事件中发挥着重要的功能,O-GlcNAc的调控异常可能会引起某些人类疾病,如癌症、阿尔茨海默病和II型糖尿病.杆状病毒GP41蛋白也是糖蛋白,它介导芽殖型病毒粒子(budded virus,BV)的核衣壳通过胞核.O-GlcNAc的调控研究为探讨GP41蛋白O-GlcNAc的调控作用提供了参考模式.     

N-乙酰氨基葡萄糖转移酶（OGT）研究进展

O-GlcNAc是一种广泛存在于蛋白质丝/苏氨酸残基上的动态、可逆的蛋白翻译后修饰,它广泛分布在细胞浆和细胞核中,参与调节多种细胞途径。研究表明蛋白的O-GlcNAc糖基化与神经退行性疾病、糖尿病和癌症等疾病相关。在体内,O-GlcNAc动态修饰由N-乙酰氨基葡萄糖转移酶（OGT）和N-乙酰氨基葡萄糖苷酶（OGA）协同完成。近年来,OGT逐渐成为糖生物学领域的研究热点,在其结构、作用机制及晶体学方面取得了快速发展。     

细胞催化技术生产醇类物质的研究进展

全细胞催化作为生物催化的一个重要分支,以完整的细胞为催化剂,避免了细胞裂解和酶纯化步骤,极大地削减了生产成本。同时,细胞壁成分可以保护胞内酶不受外界环境的影响,能够满足对催化剂的低成本和高稳定性的要求。对适宜乙醇、二醇、糖醇等醇类物质生产的菌株以及目前食品、化工工业中利用细胞催化技术生产醇类物质的应用进行综述,探讨提高醇类物质产量的生产策略,以期为细胞催化转化生产醇类物质的研究与工业开发提供参考。     

细胞色素P450酶与微生物药物创制北大核心CSCD

细胞色素P450酶广泛存在于动植物和微生物体内,具有底物结构多样性和催化反应类型多样性,在天然产物生物合成中扮演重要作用。P450酶可在温和条件下高选择性地催化结构复杂有机化合物中惰性C-H键的氧化反应,具备化学催化剂难以比拟的优势,因此在微生物制药领域具有广阔的应用空间。本文综述了参与天然产物生物合成的P450酶近年来的研究进展;P450酶的酶工程改造、生物转化实践及其在微生物药物创制方面的应用现状;探讨了P450酶的工业应用瓶颈及其解决途径;并对P450酶未来的应用前景进行了展望。     

全细胞催化合成阿糖胞苷工艺的研究

以阿糖尿苷和胞嘧啶为原料,采用枯草芽胞杆菌Bacillus subtilis A302作为全细胞催化剂进行阿糖胞苷的生物合成,通过单因素与正交试验的考察,得到了全细胞催化合成阿糖胞苷的最佳反应条件:反应初始pH为7.0,反应温度为36℃,催化剂添加量为250 mg,摇床转速为190 rpm,该条件得到的阿糖胞苷收率达到65.3％.该方法操作简单,反应体系杂质较少,是合成阿糖胞苷的一种有效可行的方法.     

微生物几丁质酶研究进展及其在N-乙酰氨基葡萄糖制备中的应用

几丁质是自然界含量丰富的多糖,难溶于水,常被作为废弃物丢弃,造成资源浪费和环境污染.然而,其水解产物N-乙酰氨基葡萄糖(GlcNAc)是一种重要的功能氨糖类化合物,广泛应用于医药、保健及护肤品等领域,市场需求量大.因此,将几丁质转换为高附加值的GlcNAc具有重要意义.几丁质酶可专一性水解几丁质产生GlcNAc,用于G...     

血脑屏障的研究进展北大核心CSCD

血脑屏障精密控制血液与脑组织的物质交换,对维持脑内微环境的稳定至关重要。血脑屏障是脑内的毛细血管内皮细胞彼此紧密相连,同时与周围的周细胞和星形胶质细胞相互作用形成的屏障系统。组成血脑屏障的细胞通过表达紧密和黏附连接蛋白、转运体、及相关信号分子,调节血脑屏障的发育和功能。神经元和小胶质细胞在生理和病理状态下也参与血脑屏障的功能调节。近年来研究显示,多种神经系统疾病的发生与发展,都伴随着血脑屏障结构和功能的破坏。因此,对血脑屏障的研究,将深化对神经-血管相互作用的认识,为神经系统疾病的诊疗提供重要的理论依据。本文概要总结血脑屏障的研究现状和进展,并对未来发展作出展望。