以生物合成为基础的代谢工程和组合生物合成

代谢工程和组合生物合成在筛选和发展新型药物方面日益成为生物、化学和医药界关注的重点。基于聚酮和聚肽类天然产物的独特化学结构和良好生物活性,研究它们的生物合成机制,将为合理化遗传修饰生物合成途径获得结构类似物提供遗传和生物化学的基础,实现利用现代生物学和化学的技术手段在微生物体内进行药物开发的目的。     

奎尼酸生物合成的代谢工程

奎尼酸及其衍生物氢醌和苯醌等是一类重要的化工原料,可作为一些化学合成制剂和药物中间原料,且在食品和化学工业中有着广泛的应用。目前奎尼酸的制备方法有植物提取法、化学合成法、酶工程法和微生物发酵法,其中微生物发酵法是近年发展起来的一种十分经济有效的方法。在介绍奎尼酸的制备方法的基础上重点综述了应用代谢工程在生物合成奎尼酸基因工程菌的改造中的研究进展,其中涉及奎尼酸生物合成途径中相关基因及其酶的调控、中心代谢途径的改造和修饰等,并探讨了将来的发展前景。     

L-精氨酸生物合成机制及其代谢工程育种研究进展

L-精氨酸是人体半必需的氨基酸,在生命代谢过程中起着非常重要的作用,且具有广泛的应用价值及市场需求。目前,L-精氨酸主要采用微生物发酵法进行生产,为了提高L-精氨酸的产量和稳定性,最有效的方法是优化L-精氨酸生产菌株,通过代谢工程改造微生物菌株有望达到这一目的。本文分析了微生物中L-精氨酸的代谢途径和调控机制,并综述了构建高产L-精氨酸的代谢工程策略。此外,展望了菌株稳定性和底物扩展利用的未来研究方向。     

除虫链霉菌10个聚酮类抗生素生物合成基因簇的敲除对阿维菌素产量的影响

【目的】考察除虫链霉菌基因组中其它聚酮合成酶类(Polyketide synthase,PKS)抗生素生物合成基因簇的敲除突变对于阿维菌素产量的影响。【方法】构建了11个PKS基因簇的打靶Cosmid和质粒载体,导入除虫链霉菌中筛选突变株。【结果】在工业菌株MMR630中成功敲除了10个PKS基因簇。发酵结果显示7个PKS基因簇敲除突变株中阿维菌素的产量均有不同程度的提高,而2个突变株不能产生阿维菌素。然而,在3个连续敲除2个PKS基因簇的突变株中阿维菌素产量没有能够超过单个PKS敲除突变株的提升幅度。【结论】除虫链霉菌基因组的一些PKS基因簇的敲除可以提高阿维菌素的产量,同时暗示同一类次生代谢产物的代谢流之间存在复杂的相互作用关系。     

代谢工程在芳香化合物生物合成研究中的应用

生物技术和代谢工程的发展促进了生物合成研究。概述了近年来利用微生物莽草酸途径进行芳香化合物生物合成研究的现况、代谢工程在提高天然芳香化合物产量和扩大合成非天然产生的芳香化合物范围的应用的进展 ,特别是整体代谢工程对提高第二代工程菌产量的作用。指出了生物合成法是生产氨基酸及其它生物小分子如奎尼酸、维生素和抗生素等的未来趋势 ,在工业化生产中有着广阔的应用前景。     

聚酮类抗生素生物合成基因簇间的关系

<正>放线菌基因组测序显示基因组中平均有超过20个以上的次生代谢生物合成基因簇,但通常放线菌在试验条件下能检测到的产物仅有2-3个,因此这些次生代谢生物合成基因簇引起了研究者的极大关注,期望通过基因组的挖掘来发现新的代谢产物。除虫链霉菌(Streptomyces avermitilis)产生的16元大环内酯化合物阿维菌素及衍生物被广泛用于防治动植物的线虫类和节肢动物类害虫[1-2]。除虫链霉菌的基因组中,除了阿维菌素生物合成基因簇外,还有其它11种聚酮合成酶类(Polyketide synthesase,PKS)抗生素生物合成基因簇[3]。由于聚酮化合物生物合     

苯丙氨酸生物合成的研究进展

代谢工程是利用分子生物学原理系统分析代谢途径,设计合理的遗传修饰策略从而优化细胞的生物学特性,本对代谢工程及其在氨基酸生产上的应用进行了简单的回顾,比较了苯丙氨酸的几种合成途径,重点综述了苯丙氨酸生物合成的代谢途径,相关酶及其调控方式,代谢流和转运系统的分析研究,并对苯丙氨酸生产策略的优化及未来发展进行了展望。     

人参皂苷生物合成和次生代谢工程

人参皂苷属于植物三萜皂苷类化合物,是传统名贵药材人参和西洋参的主要活性成分,具有抗炎、抗氧化作用,还有广泛的抗肿瘤作用。人参皂苷与植物甾醇共享前期代谢途径,通过2, 3-氧化鲨烯环化步骤进入三萜代谢分支途径,在三萜碳环骨架复杂修饰的基础上形成人参皂苷。综述了近年人参皂苷生物合成途径及关键酶基因研究的最新进展,揭示了人参皂苷生物合成的基本途径,对途径中关键酶的基因进行了综述,并结合次生代谢工程技术, 探讨了该技术在人参皂苷生物合成中的应用前景。     

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。     

3-脱氢莽草酸生物合成的代谢工程

3-脱氢莽草酸,是芳香族氨基酸生物合成代谢途径中一种重要的中间产物,可作为一些化学合成制剂和药物中间原料。这样以无毒可再生物质为起始原料的合成方法与传统的有机合成化学制剂的方法相比,对环境更加有利。此外,它还是一种十分有效的抗氧化剂。工业上一般采用化学合成法和发酵法来生产3-脱氢莽草酸,随着代谢工程的兴起,使得更加理性改造菌株成为可能,这更加促进了发酵法的广泛应用。本文主要介绍了代谢工程在生物合成3-脱氢莽草酸生产菌改造中的应用情况,其中涉及3-脱氢莽草酸生物合成途径中相关基因及其酶的调控、中心代谢途径的改造和3-脱氢莽草酸合成支路的修饰等,并探讨了将来的发展前景。     

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。     

阿维菌素高产菌株的选育及阿维菌素B1的鉴定

自阿维链霉菌(Streptomyces avermitilis ATCC31272)中分离出了3种不同类型的菌株,其中只有产灰色孢子的菌株能产生阿维菌素(Avermectins),摇瓶发酵单位约100μg/mL。经高频电子流诱变和对发酵培养基的改进,选育出Sa-76菌株,其摇瓶发酵单位可达1000μg/mL。从其菌丝体中提取纯化了阿维菌素B₁晶体,其紫外吸收光谱、红外吸收光谱、核磁共振谱(¹HNMR和¹³CNMR)和质谱与国外报道的一致。Sa-76菌株又经2次亚硝基胍诱变,筛选出发酵单位2000μg/mL以上的Sa-76-8菌株。在此基础上,再次用亚硝基胍对Sa-76-8菌株进行了诱变,获得Sa-76-9菌株,结合发酵条件的优化,其发酵单位可高达3500～4000μg/mL。     

大肠杆菌木糖生物合成琥珀酸的代谢工程研究

目的:对大肠杆菌进行代谢网络改造,考察木糖好氧发酵生产琥珀酸的可行性。方法:以有氧条件下大肠杆菌木糖生物合成琥珀酸的代谢途径分析为基础,以大肠杆菌BL21为出发菌株,通过P1噬菌体一步敲除法敲除琥珀酸脱氢酶基因(sdhA)、磷酸转乙酰基酶基因(pta)、丙酮酸脱氢酶基因(poxB)及异柠檬酸裂解酶阻遏物基因(iclR),构建木糖好氧发酵生产琥珀酸的大肠杆菌工程菌JLS400(△poxB△pta△iclR△sdhA)。将携带磷酸烯醇式丙酮酸羧化酶基因的质粒pJW225转化到JLS400中。结果:摇瓶发酵结果表明,构建的工程菌能以木糖为碳源,在好氧发酵条件下琥珀酸产率较高,副产物仅有少量乙酸和丙酮酸。结论:基因工程大肠杆菌JLS400pJW225的构建,为有氧条件下以木糖为原料生产琥珀酸的进一步研究奠定了基础。     

Advances in the Plant Isoprenoid Biosynthesis Pathway and Its Metabolic Engineering

Although the cytosolic isoprenoid biosynthetic pathway, mavolonate pathway, in plants has been known for many years, a new plastidial 1-deoxyxylulose-5-phosphate (DXP) pathway was identified in the past few years and its related intermediates, enzymes, and genes have been characterized quite recently. With a deep insight into the biosynthetic pathway of isoprenoids, investigations into the metabolic engineering of isoprenoid biosynthesis have started to prosper. In the present article, recent advances in the discoveries and regulatory roles of new genes and enzymes in the plastidial isoprenoid biosynthesis pathway are reviewed and examples of the metabolic engineering of cytosolic and plastidial isoprenoids biosynthesis are discussed.     

Advances in the Plant Isoprenoid Biosynthesis Pathway and Its Metabolic Engineering

Although the cytosolic isoprenoid biosynthetic pathway, mavolonate pathway, in plants has been known for many years, a new plastidial 1-deoxyxylulose-5-phosphate (DXP) pathway was identified in the past few years and its related intermediates, enzymes, and genes have been characterized quite recently.With a deep insight into the biosynthetic pathway of isoprenoids, investigations into the metabolic engineering of isoprenoid biosynthesis have started to prosper. In the present article, recent advances in the discoveries and regulatory roles of new genes and enzymes in the plastidial isoprenoid biosynthesis path way are reviewed and examples of the metabolic engineering of cytosolic and plastidial isoprenoids biosnthesis are discussed.