微生物发酵法生产S-腺苷甲硫氨酸的研究进展

S-腺苷甲硫氨酸(S-adenosyl-l-methionine, SAM)广泛存在于生物体内,主要参与生物体内的转甲基过程、转硫过程及转氨丙基过程,具有重要的生理功能,其生产备受重视。目前SAM生产的研究主要集中于微生物发酵法,该方法与化学合成法和酶催化法相比,成本较低且更容易实现工业化生产。随着需求量的迅速增加,通过菌种改良提高SAM产量备受关注。当前SAM生产菌种改良的主要策略包括常规育种和代谢工程。本文综述了提高微生物生产SAM能力的近期研究进展并探讨了SAM生产中的瓶颈问题及解决方法,以期为进一步提高SAM产量提供思路。     

S-腺苷甲硫氨酸的研究进展

S-腺苷甲硫氨酸(SAM)是甲硫氨酸和三磷酸腺苷相结合的代谢物,广泛存在于动植物和微生物体内,参与40多种生化反应,主要作为三种代谢途径(转甲基、转硫基、转氨丙基)的前体,临床上被广泛用于治疗肝病、抑郁症、关节炎等。SAM的制备方法主要有化学合成法、酶促合成法、发酵法三种。化学合成的SAM是消旋体,需进行光学拆分,且存在产率低、原料L-高半胱氨酸价格昂贵和环境污染等问题。酶促合成法合成的SAM纯度高,但原料ATP成本太高。发酵法已成为目前生产SAM最常用的方法,欧洲利用发酵法生产SAM已实现了产业化,但国内的起步较晚,目前还处于实验室研究阶段。因此,应加强发酵法生产SAM的产业化关键技术研究。     

微生物转化生产S-腺苷甲硫氨酸

S-腺苷甲硫氨酸(S-adenosyl-L-methionine,SAM)是具有广阔市场前景的活性氨基酸,微生物转化法是近年来报道较多的SAM生产方法.综合近年来SAM生产菌株的基因改造和发酵优化方面的进展,从提高SAM合成酶表达和酶活、优化甲醇和甘油的流加方式、改善ATP的生成和L-甲硫氨酸的补料、阻断下游代谢路径等方面,综述了促进SAM合成及其积累的多重策略及机制.最后结合笔者多年研究实践,讨论了微生物转化生产SAM的未来研究方向.     

提高微生物油脂生产能力的研究进展

微生物油脂是生物柴油生产领域具有广阔前景的新油脂资源。然而, 利用产油微生物进行油脂的工业化生产仍存在限氮条件下油脂生产强度不够高、对廉价高氮生物质原料的利用效率低等瓶颈问题。随着近年来发酵工程、生物信息学及分子生物学技术的发展, 国内外研究者利用不同策略优化微生物油脂的生产条件, 并对其油脂积累代谢途径进行改造, 旨在获得适用于工业化生产的产油性能优良的油脂菌。本综述总结了国内外利用生化工程、基因工程以及新兴的转录因子工程策略提高产油微生物油脂生产强度和扩大产油微生物廉价底物利用范围方面的研究进展, 并展望了基于组学研究、模块途径工程以及反向代谢工程的综合策略在理性改造产油微生物以提高其油脂发酵性能中的应用。     

植物S-腺苷甲硫氨酸合成酶的新功能展望

S-腺苷甲硫氨酸合成酶(S-adenosylmethionine synthetase,SAMS)是广泛存在于动植物以及微生物体内的胞内酶,催化S-腺苷甲硫氨酸(SAM)的合成。近年来的研究发现SAM除了作为细胞甲基化供体,还参与多胺、乙烯、麦根酸等的生物合成过程。SAMS基因响应多种环境胁迫,且在根发育、果实成熟和植物衰老方面发挥作用。但关于SAMS与环境胁迫下植物激素代谢的联系还缺少深入研究。SAM是乙烯与氰化物合成的前体,氰化物诱导植物的抗氰呼吸,但关于SAMS与抗氰呼吸的关系还没有报道。SAM参与的合成麦根酸,同时麦根酸与植物根系对金属离子的吸收紧密关联,但关于SAMS在金属离子吸收、运输中的作用还缺少强有力的实验证据。本文就SAMS的基因表达规律、蛋白质结构、参与的细胞代谢通路、抗逆生理功能进行综述,并对其与抗氰呼吸、金属离子转运和植物激素之间的偶联进行预测和展望。     

微生物代谢路径的优化与调控

代谢路径平衡对化学品、药品和生物燃料的生产具有重要的作用。为了满足工业化生产的需求,维持代谢路径最优平衡是实现代谢流高效化导向目标代谢产物的必要手段。从DNA、RNA、蛋白质和代谢物四个水平,分析归纳了微生物代谢路径的优化与调控策略,并展望了代谢路径平衡进一步精深调控的发展方向。     

组学技术在产油微生物中的应用

微生物油脂是未来燃料和食品用油的重要潜在资源。近年来,随着系统生物学技术的快速发展,从全局角度理解产油微生物生理代谢及脂质积累的特征成为研究热点。组学技术作为系统生物学研究的重要工具被广泛用于揭示产油微生物脂质高效生产的机制研究中,这为产油微生物理性遗传改造和发酵过程控制提供了基础。文中对组学技术在产油微生物中的应用概况进行了综述,介绍了产油微生物组学分析常用的样品前处理及数据分析方法,综述了包括基因组、转录组、蛋白(修饰)组及代谢(脂质)组等在内的多种组学技术,以及组学数据基础上的数学模型在揭示产油微生物脂质高效生产机制中的研究,并对未来发展和应用进行了展望。     

微生物谷氨酰胺转胺酶研究进展

微生物谷氨酰胺转胺酶是一种在食品、医药、纺织、化妆品等领域具有广泛应用前景的酶制剂。就其理化性质、作用机理、工业化生产、在食品工业上的应用及当前国内外研究热点进行了概述。并讨论了微生物谷氨酰胺转胺酶在我国生产及应用中存在的问题和困难,对未来的研究方向做出展望。     

发根土壤杆菌在植物次生代谢物生产中的应用与进展

发根土壤杆菌 (Agrobacteriumrhizogenes)是一类极具应用前景的微生物资源 ,就发根土壤杆菌Ri质粒结构、功能、侵染和致病过程及其宿主、转化体特性进行了概述 ,并详细讨论了发根土壤杆菌在生产植物次级代谢产物方面的应用与进展及相关影响因素 ,同时还简单介绍了工业化生产的培养方法、生物反应器种类及存在的问题与困难。     

重金属胁迫下的微生物代谢组学研究进展

微生物的代谢活动易受到环境变化的影响,当环境中存在重金属污染时微生物会通过调节代谢降低自身所受的重金属的毒害。本文通过微生物代谢组学研究探讨重金属胁迫下微生物代谢活动的响应情况,介绍了微生物代谢组学的相关技术和方法,对其应用进行说明;基于重金属对微生物细胞的毒害作用,对重金属胁迫下微生物代谢组学的相关内容进行综述,发现在重金属胁迫下,微生物可以通过增加代谢活动进而产生更多的代谢物质来响应重金属的胁迫,其中微生物产生的胞外聚合物、草酸和柠檬酸等代谢物在微生物响应重金属胁迫中具有重要作用。微生物通过产生相应代谢物不仅使自身可以在重金属胁迫下生存,这些代谢物还可以使环境中重金属有所减少,这对于利用微生物资源修复重金属污染具有重要意义。     

Biolog方法在环境微生物群落研究中的应用

环境微生物群落研究具有非常重要的理论和应用价值。本文介绍了一种测定微生物代谢的Ｂｉｏｌｏｇ微平板法 ,以及这种新方法在环境微生物群落研究方面的应用成果。1　环境微生物群落研究的意义与手段1 .1　环境微生物群落的研究内容环境微生物是由多个种群 (ｐｏｐｕｌａｔｉｏｎ)组成的微生物群落 (ｃｏｍｍｕｎｉｔｙ) ,不同种群之间存在着共生、互利、共存、竞争等各种复杂的关系 ,在物质循环和能量转化过程中发挥着重要作用。对环境微生物群落的研究可以从微生物的量 ,代谢活性 ,群落结构及代谢功能等几个不同层面上进行。其中 ,微生物…     

代谢工程在微生物法产辅酶Q_(10)中的应用

辅酶Q10作为细胞呼吸链上的重要组成部分在电子传递过程中发挥着重要的作用。辅酶Q10的抗氧化、抗衰老功能使其广泛应用于医药、食品和化妆品等行业。CoQ10市场需求不断增加,这使得大规模提高CoQ10工业化生产的产量显得十分必要。目前,主要依靠从自然界中筛选到的各种微生物作为生产菌种发酵生产CoQ10,但这些原始生产菌种由于产量低、营养要求高等各种原因很难实现大规模发酵生产。随着对CoQ10生物合成途径以及代谢调控机制的了解清楚,通过对易于商业化生产的优良宿主细胞(如大肠杆菌)进行代谢工程的改造,有助于促进代谢工程菌的CoQ10工业化生产发展。     

微生物降解联苯的研究进展

联苯是一种有机污染物,在自然环境中很难分解。目前研究的降解方法中,微生物降解最有潜力。微生物法处理成本低、效果好、无二次污染,且操作简单,能够实现真正意义上的再循环。该文对国内外开展的微生物降解联苯的相关研究进行了综述,对联苯降解的菌群、代谢途径及其关键酶进行了详细的阐述,指出了微生物降解联苯存在的关键问题是修复效率低,高效菌株的筛选、基因工程菌的构建及其多种修复技术的结合是今后研究的方向。     

酿酒酵母生产羧酸的代谢工程策略

羧酸广泛地应用于食品、医药和化工等行业,具有广阔的市场前景.作为真核模式微生物,酿酒酵母作为代谢工程平台用来生产有机酸具有明显优势.本文论述了酿酒酵母生产重要羧酸的策略:首先构建一条能够和糖酵解途径相连接的高效的重要羧酸积累途径,进而探讨如何将碳代谢流由乙醇转向目的产物,在此基础上研究有机酸的转运及涉及到的能量问题.最后,对当前研究存在的问题进行了分析,并对未来研究方向进行了展望.     

微生物合成L-脯氨酸和反式-4-羟基-L-脯氨酸的研究进展

L-脯氨酸(L-proline, L-Pro)是构成生物体蛋白质20种氨基酸中唯一的一种亚氨基酸,其羟基化后的产物主要是反式-4-羟基-L-脯氨酸(trans-4-hydroxy-L-proline, T-4-Hyp),两者均具有独特的生物活性,在生物医药和食品美容方面发挥着不可替代的作用。随着对L-Pro和T-4-Hyp功能的深度挖掘,这两者的需求与日俱增,传统生物提取和化学合成的方法已无法满足当今社会“绿色、环保、高效”的需求。近年来,合成生物学迅猛发展,通过深入解析L-Pro和T-4-Hyp的合成途径,构建了微生物细胞工厂用于规模化生产,为绿色高效生产L-Pro和T-4-Hyp开启了新的篇章。本文综述了L-Pro和T-4-Hyp的应用与生产方法、微生物合成L-Pro和T-4-Hyp的代谢途径以及微生物生产L-Pro和T-4-Hyp的改造策略与研究进展,旨在为L-Pro和T-4-Hyp的“绿色生物制造”提供理论基础,促进其工业化生产。     

真菌芳香聚酮化合物的合成生物学研究进展*

真菌芳香聚酮化合物是由真菌非还原聚酮合酶(NR-PKSs)催化形成的具有广泛生物活性的一类天然产物。大部分内源真菌菌株存在难培养、致病性或产率低等问题,从根本上限制了真菌芳香聚酮化合物的开发和应用。随着合成生物学和代谢工程的发展,很多具有生物活性的聚酮产物实现了在工业微生物(如酿酒酵母、构巢曲霉等)中的异源生产,相关研究逐渐成为热点。从合成途径解析与挖掘、底盘细胞的构建与改造等方面综述了近年来真菌芳香聚酮化合物的合成生物学研究进展,为未来真菌芳香聚酮化合物人工代谢途径的高效构建和实现工业化生产奠定基础。     

真菌芳香聚酮化合物的合成生物学研究进展*

真菌芳香聚酮化合物是由真菌非还原聚酮合酶(NR-PKSs)催化形成的具有广泛生物活性的一类天然产物。大部分内源真菌菌株存在难培养、致病性或产率低等问题,从根本上限制了真菌芳香聚酮化合物的开发和应用。随着合成生物学和代谢工程的发展,很多具有生物活性的聚酮产物实现了在工业微生物(如酿酒酵母、构巢曲霉等)中的异源生产,相关研究逐渐成为热点。从合成途径解析与挖掘、底盘细胞的构建与改造等方面综述了近年来真菌芳香聚酮化合物的合成生物学研究进展,为未来真菌芳香聚酮化合物人工代谢途径的高效构建和实现工业化生产奠定基础。     

生物技术研究和开发的进展与展望(续)

四、微生物工程 微生物工程又称发酵工程,是利用微生物的特定性状,通过现代生化工程技术,使微生物产生有用物质或直接用于工业化生产的技术。主要包括菌种选育、菌体生产、代谢产物的发酵和微生物功能的应用等技术。传统的微生物发酵,如酒、醋的酿造,起源于史前时期。但是,作为现代科学概念的微生物工程,是从二十世纪四十年代随着抗生素发酵工业的建立而兴起的。七十年代以来,由于基因工程、细胞融合和细胞固定化技     

微生物降解利用木质纤维素的协同作用

木质纤维素复杂的结构组成,是制约高效降解利用这一资源、发展生物炼制的瓶颈。微生物的多酶(菌)体系可有效降解木质纤维素。除好氧微生物的游离酶协同系统之外,主要存在于厌氧细菌中的纤维小体也是有序、高效的协同降解纤维素的复合体系。近年来,在天然纤维小体研究的基础上,研究者们成功设计、构建了人工纤维小体,加深了对这一复合体系的组成单元的理性认识。另外,菌群共培养技术利用各组成菌株代谢途径的协同作用实现了木质纤维素的高效降解。最后,引入异源纤维素酶,可改造现有工程菌株的代谢网络,提高工程菌发酵生产终产物的能力。这些技术有利于实现一步转化生产乙醇的联合生物工艺,有助于提高生物炼制的产率、降低生产成本。     

辅因子在微生物细胞工厂中的代谢调控与应用*

生物体中大部分酶催化反应都需要辅因子参与,辅因子平衡对维持正常的细胞代谢至关重要,而辅因子失衡则会导致细胞生长和生产的紊乱。在微生物细胞工厂的构建中,通过调节辅因子代谢平衡来提高产物合成途径的效率,从而调控细胞生长与产物生产,使代谢流能够最大限度地流向目标产物,已经成为代谢调控的重要手段。目前常见的用于代谢调控的辅因子有NAD(P)H/NAD(P)⁺、辅酶、ATP/ADP等。围绕这几种辅因子的代谢途径及功能分类进行了综述,并总结了微生物中不同产物利用辅因子平衡策略进行合成调控的研究,以期为各类化合物的高效生物合成提供参考。