根瘤菌群体感应系统研究进展*

群体感应是指细菌中依赖于细胞密度的基因表达调控过程,参与这种调节的系统被称为群体感应系统。N-酰基高丝氨酸内酯是大多数革兰氏阴性细菌群体感应系统的信号分子。这种系统调节细菌各种生理学反应和某些特定功能。在根瘤菌与宿主豆科植物成功建立共生关系的过程中,起着重要作用。详细的综述了根瘤菌中已发现的群体感应系统,并阐述了这种系统的调节功能和对实际应用的指导意义。     

多酚干扰细菌群体感应研究进展*

多酚化合物是人类日常饮食中一类典型的天然产物,具有干扰分子信号通路、影响肠道菌群组成和保护人体肠道健康的功能。针对不同微生物群体感应(quorum sensing,QS)系统,多酚能够干扰细菌生物膜的形成和微生物致病性。介绍多酚的类型、来源和含量,总结多酚对多种QS相关表型,如菌体运动性、黏附性、生物膜形成和毒力因子的释放等具有的干扰作用,以及一些常见多酚对典型病原体的干扰作用,提出基于多酚的QS干扰在未来疾病治疗中面临的主要挑战。     

细菌群体感应淬灭酶的研究进展*

细菌的群体感应系统(Quorum sensing,QS)参与许多生物学功能的调控,其中包括动植物病原细菌致病因子的生成以及人类某些病原细菌生物膜的形成。酰基高丝氨酸内酯(N-acylhomoserine lactone,AHL)是调控群体感应系统的关键信号分子。近年的研究表明,不同生物体包括细菌和真核生物中都存在类别不同的能够降解AHL的群体感应淬灭酶(Quorum-quenching enzyme)。在AHL依赖型致病菌和转基因植物中表达AHL降解酶能有效地抑制QS信号分子的积累,从而阻断了病原细菌的发     

噬菌体重组酶系统在合成生物学中的应用*

合成生物学技术采用工程化设计理念,对生物体进行有目标的设计、改造乃至重新合成,对重塑非自然功能的“人造生命”具有重要意义。噬菌体重组系统具有高效、精确和广谱适用性等特点,在基因工程、代谢工程以及生物治疗等合成生物学领域得到了广泛的应用。从基因电路、体内遗传改造和体外重组等方面全面阐述了噬菌体重组系统在合成生物学研究的现状及热点,对当前该系统的局限性进行了探讨,并就未来的研究和发展趋势进行了展望。     

群体感应在动态代谢调控中的研究进展

群体感应(quorum sensing,QS)是一种特殊的动态代谢调控机制,是细菌用于监控自身群体密度的环境信号感受系统。近年来,随着合成生物学的大力发展,基于稳定的菌群关系的人工合成菌群以及混菌共培养技术也取得了突破性的进展。群体感应系统因为可以实现细菌自主控制菌群关系的目的,而在菌群关系构建以及代谢工程中的研究和应用受到越来越多的关注。在对群体感应系统进行概述的基础上,对单菌基于群体感应的动态代谢调控进行了总结;同时也对群体感应的动态调控在革兰氏阴性菌和革兰氏阳性菌之间以及混菌共培养过程中的研究进展进行综述,以期能对群体感应系统的其他应用提供一些建议和帮助。     

群体感应动态调控促进大肠杆菌合成酪醇

酪醇是一种多酚类天然产物,广泛应用于化工、医药和食品等领域。目前大肠杆菌(Escherichia coli)从头合成酪醇存在发酵菌体密度低和产量低等问题。为此,本研究将前期获得苯丙酮酸脱羧酶突变体ARO10F138L/D218G与不同来源的醇脱氢酶融合表达,最优组合ARO10F138L/D218G-L-YahK酪醇产量达到1.09 g/L。为进一步提高酪醇产量,敲除了4-羟基苯乙酸竞争途径关键基因feaB,使酪醇产量提高了21.15%,达到1.26g/L。针对酪醇发酵菌体密度低的问题,通过群体感应系统动态调控酪醇合成途径,减轻酪醇对底盘细胞的毒性作用,缓解生长抑制,使其产量提高了33.82%,达到1.74 g/L。在2 L发酵罐中,群体感应动态调控工程菌TRFQ5的酪醇产量达到4.22g/L,OD600值达到42.88,分别较静态诱导表达工程菌TRF5提高了38.58%和43.62%。本研究应用基因敲除技术,阻断了酪醇合成竞争途径;同时结合群体感应动态调控策略,减轻了酪醇毒性对底盘细胞的生长抑制,从而有效地提高了酪醇产量。本研究对其他高毒性化学品的生物合成具有良好的借鉴和应用价值。     

真菌中的群体感应系统

以胞间通讯信号分子介导的细菌群体感应参与细菌多种生理功能的调控是非常普遍的。近年的研究表明,真菌中也存在类似于细菌群体感应信号分子的调节分子,并且介导着真菌某些生理行为的调节。这一过程也称为真菌的群体感应系统。文中简要介绍真菌群体感应系统的研究进展,并讨论了真菌群体感应系统作为抗真菌感染靶点的可能性。     

P450s在萜类合成方面的合成生物学研究进展 *

细胞色素P450氧化酶能够催化一系列具有区域特异性、立体特异性的化学步骤,并参与许多天然产物如萜类化合物、甾醇以及生物碱的合成。萜类化合物是活性天然产物中的一大类化合物,在医药、香料等领域具有重要价值。萜类化合物的生物合成及合成后修饰需要P450s,但是目前已知P450s较低的催化活性极大地限制了萜类生物合成的效率。因此,迫切需要发掘和改造用于萜类生物合成的高活性P450s,以充分实现其巨大的工业应用潜力。综述了萜类代谢中涉及到的P450s家族以及近年来萜类生物合成中P450s的发掘和工程研究进展,重点介绍了合成生物学扩宽P450s在萜类合成应用中的主要策略,提出进一步加速P450s发掘和P450s工程的可行策略,并针对合成生物学技术为今后P450s在萜类合成中的应用提出建议与展望。     

总体国家安全观下合成生物学风险和应对策略研究*

合成生物学是近年来兴起的一门兼材料学、医学和信息学等学科特性的交叉学科,在促进医学进步和科技转化应用的同时,也在总体国家安全内涵中被赋予了特殊的重要地位。如何在新时期应对错综复杂的安全形势和严峻挑战,是世界各国和国际社会所面临的科技治理和生物安全的重要命题。重点介绍合成生物技术相关生物武器威胁、生物恐怖威胁、生物安全国际公约条例、生物安全伦理治理框架,总结近年来合成生物技术领域生物安全风险相关问题,提出合成生物学安全风险应对策略和国家总体安全观下科技发展建议。     

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。     

面向先进生物燃料的合成生物学

先进生物燃料一般指来自于非粮食原料的交通运输用生物燃料。近年来,先进生物燃料的发展引起了众多国家的浓厚兴趣,然而,先进生物燃料正处于关键的技术研发阶段,还需经过大量研发以突破技术障碍和示范生产活动后方能进行商业化部署。过去10年内,合成生物学研究大量兴起并不断取得突破,使人们有可能人工设计构建新的高效生命系统,克服生物燃料发展的技术瓶颈,进行先进生物燃料的生产。在介绍先进生物燃料与合成生物学的发展现状的基础上,分析了合成生物学在先进生物燃料研发中的重要价值与研发进展,探讨了合成生物学的发展潜力。     

群体感应信号分子及其抑制剂快速检测方法的建立

细菌能自发产生、释放一些特定的信号分子,并能感知其浓度变化,调节微生物的群体行为,这一调控系统称为群体感应。细菌群体感应参与包括人类、动植物病原菌致病力在内的多种生物学功能的调节,群体感应抑制剂成为抗感染药物开发的靶点。利用紫色色杆菌(Chromobacterium violaceum)和根癌农杆菌(Agrobacterium tumefaciens)作为指示菌,建立检测高丝氨酸内酯(AHLs)及其抑制剂的简便方法。结果表明,通过平板交叉划线接种,使用指示菌能够有效地检测AHLs,并且通过薄层层析(TLC)与细菌生物感应器相结合的方法可以快速、方便地鉴定AHLs的种类;通过双层平板法观察指示菌色素产生情况,能够有效地检测群体感应信号分子AHLs抑制剂,且该方法简单易行。     

Synthetic Genomics and Synthetic Biology Applications Between Hopes and Concerns

New organisms and biological systems designed to satisfy human needs are among the aims of synthetic genomics and synthetic biology. Synthetic biology seeks to model and construct biological components, functions and organisms that do not exist in nature or to redesign existing biological systems to perform new functions. Synthetic genomics, on the other hand, encompasses technologies for the generation of chemically-synthesized whole genomes or larger parts of genomes, allowing to simultaneously engineer a myriad of changes to the genetic material of organisms. Engineering complex functions or new organisms in synthetic biology are thus progressively becoming dependent on and converging with synthetic genomics. While applications from both areas have been predicted to offer great benefits by making possible new drugs, renewable chemicals or clean energy, they have also given rise to concerns about new safety, environmental and socio-economic risks – stirring an increasingly polarizing debate. Here we intend to provide an overview on recent progress in biomedical and biotechnological applications of synthetic genomics and synthetic biology as well as on arguments and evidence related to their possible benefits, risks and governance implications.     

细菌中群体感应调节系统

细菌根据特定信号分子的浓度可以监测周围环境中自身或其它细菌的数量变化,当信号达到一定的浓度阈值时,能启动菌体中相关基因的表达来适应环境中的变化,这一调控系统被称为细菌的群体感应调节系统(QuorumSensing系统)。本文系统介绍了细菌感知种内与种间数量的群体感应调节系统,并阐述了植物针对病原菌这一信号系统的抗病策略。     

细菌的群体感应及与病原菌致病性的关系

微生物的群体感应(quorum sensing,QS)也称为自诱导,是微生物间通过小分子分泌物(自诱导物)在细胞与细胞之间扩散以感知群体密度,并通过自诱导物的浓度及其与转录因子的相互作用调控整个群体细胞中一系列目标基因表达的一种自我感知系统.不同的细菌类型,其QS系统也有一定的差异.根据信号分子的不同,一般可以将细菌的QS系统分为3类,即以AHL为信号分子的革兰氏阴性细菌、以寡肽类物质为信号分子的革兰氏阳性细菌和以哈氏弧菌为代表的兼具上述两种类型QS系统特征的第三类QS系统.综述革兰氏阴性细菌、革兰氏阳性细菌和哈氏弧菌的3种不同QS系统及其在病原菌致病性方面的研究进展.     

环境因素对细菌群体感应的影响

一种海洋费氏弧菌(Vibrio fischeri)的发光现象在20世纪60年代引起了科学家的兴趣,Nealson等在1970年首次报道了该菌的菌体密度与发光呈正相关,该发光现象受细菌本身的群体感应调节系统所控制[1]。尽管细菌是单细胞原核生物,但是越来越多的研究发现细菌在自然环境中常常表现出多细胞的群体行为。细菌利用自诱导物进行相互交流并调控其群体行为的现象被称为群体感应(Quorum sensing,QS)[2],这个概念最早由Fuqua等