芳香族氨基酸脱羧酶研究进展

芳香族氨基酸脱羧酶(aromatic L-amino acid decarboxylases, AADCs)在生物体内的作用是将芳香族氨基酸脱羧转化为芳香族单胺(aromatic monoamines),磷酸吡哆醛(pyridoxal 5′-phosphate, PLP)是其行使催化功能时必不可少的辅酶。AADCs催化芳香族氨基酸产生的芳香族单胺,主要包括多巴胺、血清素、酪胺、色胺等,这些芳香族单胺在生物体内是维持正常生理功能的神经递质,也是参与合成某些化合物的重要前体,还可作为药物中的活性成分参与治疗多种人类疾病,具有广阔的应用前景。作为生物合成芳香族单胺所必需的酶,有关AADCs的研究也越来越深入,基于AADCs的芳香族单胺生物合成也取得了长足进步。对几种主要AADCs进行综述,为AADCs更好应用于芳香族单胺的生物合成提供参考。     

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。     

代谢工程改造大肠杆菌生产乳酸的研究进展

乳酸是自然界中最小的手性分子,广泛应用于食品、医药和化工等领域,同时也是合成生物可降解塑料——聚乳酸的前体。目前,化学合成法和微生物发酵法是生产乳酸的两种主要方法,而后者在底物的可再生性、产物光学纯度和环境友好等方面均具有潜在优势。自然界中许多微生物细胞都能合成和积累乳酸,如大肠杆菌、酿酒酵母和乳酸菌等。与乳酸菌、芽胞乳杆菌和谷氨酸棒状杆菌等乳酸生产菌株相比,大肠杆菌具有生长速度快、营养要求简单、易于高密度发酵、代谢网络清楚、遗传操作方法成熟和产物乳酸光学纯度高等优势。本文中,笔者介绍了乳酸的研究现状及其在工业生产领域中的作用,系统综述了国内外通过代谢工程改造大肠杆菌生产乳酸的研究进展,在此基础上展望了乳酸生产研究的发展方向,以期为其工业应用提供参考。     

氨基酸生产的代谢工程研究进展与发展趋势

氨基酸发酵是我国发酵工业的支柱产业,近年来,随着代谢工程的快速发展,氨基酸的代谢工程育种蓬勃发展。传统的正向代谢工程、基于组学分析与计算机模拟的反向代谢工程以及借鉴自然进化的进化代谢工程,都有越来越多的应用。在氨基酸的工业生产中涌现出了一系列具有高效生产、抗逆性强等优良性状的菌株。日益剧烈的市场竞争对菌株的选育提出了新的要求,如开发高附加值氨基酸品种、菌株代谢的动态调控、适应新工艺的要求等。文中介绍了氨基酸生产相关的代谢工程研究进展以及未来的发展趋势。     

生物合成芳香族氨基酸及其衍生物的研究进展

现代生物化工主要以廉价可再生资源为底物生产高附加值的精细化学品、大宗化学品、药品及营养品。合成生物学研究是生物化工领域的重要发展方向和支撑体系之一,是在功能基因组学、计算生物学和系统生物学等基础上,将工程化理念应用在生物学中,定向创造新型生物产品和生物过程整体优化的新的研究方向。合成生物学发展十几年以来,创造出了很多强有力的工具被应用于微生物、植物及动物的研究。以微生物生产芳香族氨基酸及其衍生物为主要内容,系统的综述合成生物学在以微生物生产高附加值产物方面的研究进展。     

大肠杆菌代谢工程改造合成L-高丝氨酸及其衍生物研究进展

l-高丝氨酸及其衍生物(O-琥珀酰-l-高丝氨酸和O-乙酰-l-高丝氨酸)是生物合成l-甲硫氨酸的前体,同时也是合成多种C4化合物(异丁醇、g-丁内酯、1,4-丁二醇、2,4-二羟基丁酸等)和l-草铵膦等的平台化合物。因此,发酵法生产l-高丝氨酸及其衍生物成为近年内研究的热点。然而,利用生物法合成l-高丝氨酸及其衍生物仍存在一些不足之处,如发酵产量不高或糖酸转化率过低等。此外,对l-高丝氨酸及其衍生物合成的总体代谢和调控机制鲜有报道。本文综述了大肠杆菌代谢工程改造合成l-高丝氨酸及其衍生物O-琥珀酰-l-高丝氨酸和O-乙酰-l-高丝氨酸的研究进展,从底物摄取、关键节点碳流分配改造、辅酶NADPH的循环供应以及目标产物的外运输出等方面,系统分析了大肠杆菌全发酵法生产l-高丝氨酸及其衍生物的代谢途径及改造策略,为其后续代谢改造及生物法生产提供一定的研究思路。     

代谢工程改造大肠杆菌合成己二酸

己二酸是一种具有重要应用价值的二元羧酸,是合成尼龙-66的关键前体。目前,生物法生产己二酸存在生产周期长、生产效率低的问题。本研究选择一株野生型高产琥珀酸菌株大肠杆菌(Escherichia coli) FMME N-2为底盘细胞,首先通过引入逆己二酸降解途径的关键酶,成功构建了可合成0.34 g/L己二酸的E. coli JL00菌株;接着,对合成路径限速酶进行表达优化,使E. coli JL01菌株在摇瓶发酵条件下产量达到0.87 g/L;随后,通过敲除sucD基因、过表达acs基因和突变lpd基因的组合策略平衡己二酸合成前体的供应,优化菌株E. coli JL12己二酸产量进一步提升至1.51 g/L;最后,在5 L发酵罐上对己二酸发酵工艺进行优化。工程菌株经72 h分批补料发酵,己二酸的产量达到22.3 g/L,转化率为0.25 g/g,生产强度为0.31 g/(L·h),具备了一定的应用潜力。本研究可为包括己二酸在内的多种二元羧酸细胞工厂的构建提供理论依据和技术基础。     

代谢工程改造大肠杆菌合成丙二酸

丙二酸是一种重要的有机二元羧酸,其应用价值遍及化工、医药、食品等领域。本文以大肠杆菌为底盘细胞,过表达了ppc、aspC、panD、pa0132、yneI和pyc基因,成功构建了丙二酸合成重组菌株大肠杆菌BL21(TPP)。该菌株在摇瓶发酵条件下,丙二酸产量达到0.61 g/L。在5 L发酵罐水平,采用间歇补料的方式丙二酸的积累量达3.32 g/L。本研究应用了融合蛋白技术,将ppc和aspC、pa0132和yneI分别进行融合表达,构建了工程菌BL21(SCR)。在摇瓶发酵水平,该菌株丙二酸的积累量达到了0.83 g/L,较出发菌株BL21(TPP)提高了36%。在5 L发酵罐中,工程菌BL21(SCR)的丙二酸产量最高达5.61 g/L,较出发菌株BL21(TPP)提高了69%。本研究实现了丙二酸在大肠杆菌中的生物合成,为构建丙二酸合成的细胞工厂提供了理论依据和技术基础,同时也对其他二元羧酸的生物合成具有启发和指导意义。     

氨基酸生产菌代谢工程研究发展趋势

正氨基酸及其衍生物具有重要的代谢与调控功能。随着代谢工程技术的迅速发展,代谢工程育种逐步取代传统的育种技术,在氨基酸生产菌株的选育中占据了主导地位,特别是在优良性状的选育,如菌株的低值原料利用能力、抗逆性等方面表现出越来越重要的作用。文章主要介绍氨基酸生产菌株的代谢工程育种技术及其发展趋势,以及代谢工程育种技术在菌株优良性状选育方面的应用。     

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...     

重组大肠杆菌的发酵与代谢工程

在工程菌的发酵中,外源基因高表达条件下的高密度发酵对于提高生产效率、降低生产成本、简化产品纯化工艺以及降低扩大生产投资都具有非常重要的意义．然而在大肠杆菌的高密度发酵中遇到了许多困难［‘］,其中主要包括有机酸类代谢副产物累积并抑制细菌自身生长、供氧限制和外源基因高表达引起宿主细胞生理负担过重等问题。对此,国内外学者作了许多有意义的探索。应用代谢工程技术对工程菌进行改良,使之有利于外源基因的高表达及高密度发酵,是一项很有应用前景的研究课题,引起了广泛关注。本文拟对近年来有关应用代谢工程改良重组大肠…     

代谢工程改造大肠杆菌生产水杨酸葡萄糖苷

水杨酸葡萄糖苷(salicylate 2-O-β-D-glucoside,SAG),是植物中水杨酸的一种存在形式。水杨酸葡萄糖苷也具有消炎止痛的作用,和水杨酸、阿司匹林对比,表现出更小的刺激性,是一种具有潜力的消炎护肤物质。通过生物法利用可再生资源进行水杨酸类物质的生产方式,与传统工业法生产相比对环境更加友好。本研究以大肠杆菌(Escherichia coli)Tyr002作为出发菌株,引入铜绿假单胞菌(Pseudomonas aeruginosa)异分支酸裂解酶基因pchB,首先构建了大肠杆菌水杨酸生产菌株。通过调控下游不同芳香族氨基酸代谢途径关键基因表达,菌株摇瓶发酵水杨酸产量达到1.05 g/L。之后,通过在水杨酸生产菌株中引入植物来源水杨酸糖基转移酶,对水杨酸进行糖苷化修饰。新构建的菌株摇瓶发酵水杨酸葡萄糖苷产量达到5.7 g/L。在5 L发酵罐分批补料发酵中,水杨酸葡萄糖苷的产量达到36.5 g/L,是目前报道的最高产量。本研究为水杨酸类化合物的微生物合成提供了重要参考。     

代谢工程与重组大肠杆菌的发酵

利用代谢工程可以在重组大肠杆菌的改良中减少代谢副产物乙酸的累积,优化代谢系统,利于重组蛋白质的高表达以及重组菌的高密度发酵。应用代谢工程改良重组大肠杆菌主要包括阻断乙酸产生的主要途径、限制糖酵解途径上的碳代谢流、将过量的丙酮酸转化为其它低毒的副产物以及对碳代谢流进行分流等几个方面的工作。     

啤酒酵母代谢工程研究进展

啤酒工业上应用的啤酒酵母菌株在生产中都会存在着某些方面的缺陷。通过分析啤酒酵母某些代谢产物的代谢途径,寻找改变其代谢流量的方法,然后用分子生物学手段对其代谢流量加以改变,来调节啤酒酵母某些产物的代谢水平已经成为啤酒酵母育种的新方式。对酵母的底物利用、可操作性、控制有害副产物的产量及改善啤酒风味等方面的研究成果进行了综述。     

代谢工程改造大肠杆菌生产L-高丝氨酸

L-高丝氨酸是一种非必需氨基酸,在工业生产中常被用作重要的平台化合物和添加剂.为提高产物合成效率,本文以实验室构建的L-高丝氨酸高产工程菌大肠杆菌Escherichia coli H0-0作为底盘菌株进行代谢改造.首先对ppc和pyccgP458S基因进行过表达来优化柠檬酸循环,然后通过thrAC1034T和lysCc...     

芳香族氨基酸生物合成和苯丙氨酸发酵

<正> 苯丙氨酸(Phemylalanine,Phe)、酪氨酸(Tyrosine,Tyr)和色氨酸(Tyrptophan,Trp),即所谓芳香族氨基酸(aromatic amino acid),不仅本身结构较谷氨酸复杂(表1),而且合成机制亦较多采,特别是其用途的日益广泛,也使人们开始注意其生产技术。大家都知道,苯丙氨酸和色氨酸是人体必需氨基酸,酪氨酸可由苯丙氨酸转换、而提供人体。芳香族     

代谢工程方法改造大肠杆菌生产胸苷

胸苷是抗艾滋病药物司他夫定(3′-脱氧-2′,3′-双脱氢胸苷)和叠氮胸苷的重要前体物质。应用代谢工程方法对大肠杆菌Escherichia coli BL21(DE3)生物合成胸苷进行了研究。通过敲除E.coli BL21嘧啶回补途径的deo A、tdk和udp三个基因,BS03工程菌株能够积累21.6 mg/L胸苷。为了增加合成胸苷前体物核糖-5-磷酸和NADPH的供给,进一步敲除pgi和pyr L使工程菌BS05胸苷的产量提高到90.5 mg/L。而通过过表达胸苷合成途径的ush A、thy A、dut、ndk、nrd A和nrd B六个基因,菌株BS08胸苷的产量能达到272 mg/L。通过分批补料发酵,BS08最终可以积累1 248.8 mg/L的胸苷。本研究结果表明经过代谢工程改造的E.coli BL21具有良好的胸苷合成能力和应用潜力。     

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。