艾纳香中的黄酮类化合物及其抗氧化与α-葡萄糖苷酶抑制活性研究

本文对艾纳香Blumea balsamifera DC.叶中的黄酮类成分及其抗氧化与α-葡萄糖苷酶抑制活性进行了研究。从艾纳香叶中分离得到9个黄酮类化合物,分别鉴定为:4'-甲氧基二氢槲皮素(1),柽柳黄素(2),3,3'-二甲氧基槲皮素(3),7,4'-二甲氧基二氢槲皮素(4),(2α,3β)-二氢鼠李素(5),艾纳香素(6),sterubin(7),enodicytol(8),二氢槲皮素(9)。化合物3、5、8为首次从艾纳香中分离得到。分别用DPPH法和PNPG法筛选化合物的抗氧化活性及α-葡萄糖苷酶抑制活性。结果表明化合物2、5~9表现出强抗氧化活性;化合物1~3、5、9表现有较高的α-葡萄糖苷酶抑制活性。该结果为艾纳香的品质评价和深度开发利用提供了理论依据。     

微生物合成根皮素及其糖苷研究进展 *

根皮素及其糖苷是二氢查耳酮类天然产物,具有抗氧化、抗炎和抑菌等多种生理活性,可应用于食品、药品、化妆品等行业。目前,根皮素及其糖苷主要从植物中提取,但含量低、组分复杂制约了高效、低成本的分离制备。随着合成生物学的发展,工程微生物生产根皮素及其糖苷将是一种有潜力的方法。综述了微生物合成根皮素及其糖苷的关键基因鉴定、代谢途径重构和优化策略,并针对酶的特异性差、副产物多等问题提出了技术对策。     

大豆异黄酮生物合成关键酶及其代谢工程研究进展

异黄酮是一类具有C-6/C-3/C-6骨架的二次代谢产物,具有抗氧化和抗肿瘤活性。异黄酮与黄酮类物质具有相似的苯丙烷生物合成途径。天然的绝大部分异黄酮分布在豆科植物中,目前在大豆中已经发现了超过12个异黄酮(苷)。大豆异黄酮的生物合成主要涉及三个关键的酶查尔酮合酶(CHS)、查尔酮异构酶(CHI)和异黄酮合酶(IFS)。总结了大豆异黄酮的提取分离方法和生物合成途径,着重综述了CHI、CHS、IFS生物学特征和功能及异黄酮的代谢工程研究。     

虫草素的研究开发现状与思考

虫草素是第一个从真菌中分离出来的核苷类抗菌素,具有抑菌、抗肿瘤、抗炎等非常广谱的生物学活性,目前已经成为一个研究热点。对虫草素的菌株来源、生物合成、提取纯化、分子生物学研究现状等方面进行了总结,对有关专利进行了评价和分析,提出从种质资源入手拓宽虫草素来源,优化虫草素的提取纯化方法,深入研究其生物合成途径,并呼吁重视真菌研究中所用材料的科学名称。     

西南金丝梅的黄酮成分研究

从西南金丝梅(hypericum henryi)的地上部分分得6个黄酮类化合物,应用光谱分析和化学方法鉴定其结构为二氢槲皮素,(2R,3R)二氢槲皮素-3-O-α-L-鼠李糖甙,二氢槲皮素-7-O-α-L-双鼠李糖甙,槲皮素,槲皮素-3-O-α-L-鼠李糖甙和槲皮素-7-O-α-L-鼠李糖甙。     

操纵茶树类黄酮3′-羟基化酶生物合成B环-3′,4′-二羟基黄酮类化合物

【目的】操纵茶树类黄酮3′-羟基化酶,生物合成B环-3′,4′-二羟基黄酮类化合物圣草酚、二氢槲皮素和槲皮素。【方法】构建了4个茶树类黄酮3′-羟基化酶基因(CsF3′H)和拟南芥的P450还原酶基因(ATR)融合表达质粒:SUMO-CsF3'H[7-517]::ATR1[49-688]3 AA、SUMO-CsF3'H[28-517]::ATR1[49-688]3 AA、SUMO-CsF3'H[7-517]::ATR2[75-711]3 AA和SUMO-CsF3'H[28-517]::ATR2[75-711]3 AA,分别转化大肠杆菌菌株TOP10、DH5α和BL21,获得12个转化菌株S1–S12;构建了茶树类黄酮3′-羟基化酶基因CsF3′H表达质粒p YES-Dest52-CsF3′H,转化酵母菌株WAT11,得到转化菌株S13;构建了茶树类黄酮3′-羟基化酶基因CsF3′H表达质粒pES-URA-CsF3′H,及茶树黄烷酮3-羟基化酶基因CsF3H与拟南芥黄酮醇合成酶基因At FLS的融合表达质粒pES-HIS-CsF3H::At FLS 9AA,二者共转化酵母菌株WAT11,获得转化菌株S14。【结果】转化SUMO-CsF3'H[28-517]::ATR1[49-688]3 AA质粒的TOP10菌株S6在25°C条件下发酵,转化效率最高,能将1000μmol/L柚皮素、二氢山奈酚和山奈酚,分别转化生成287.93μmol/L圣草酚、131.76μmol/L二氢槲皮素和188.62μmol/L槲皮素。发酵菌株S13能分别将1000μmol/L柚皮素、二氢山奈酚和山奈酚,最多能转化生成734.32μmol/L圣草酚、446.07μmol/L二氢槲皮素和594.64μmol/L槲皮素。喂食S14发酵菌株5 mmol/L的底物柚皮素,在发酵36–48 h中,最多能生成1412.16μmol/L圣草酚、490.25μmol/L山奈酚、445.75μmol/L槲皮素、66.75μmol/L二氢槲皮素和73.50μmol/L二氢山奈酚。【结论】本研究首次将茶树类黄酮3′-羟基化酶基因应用于B环-3′,4′-二羟基黄酮类化合物圣草酚、二氢槲皮素和槲皮素的生物合成。     

槲皮素对脂质代谢的影响研究进展

槲皮素是最常见的黄酮类化合物之一,广泛存在于水果、蔬菜之中,具有多种生物学功能。近年来的体内外试验研究结果显示,槲皮素对脂质代谢有调节作用,具体表现为抑制胆固醇生物合成、降低甘油三酯、游离脂肪酸、低密度脂蛋白与极低密度脂蛋白水平,升高高密度脂蛋白水平,防止脂质过氧化和脂质蓄积。     

链霉菌来源的苯并异色烷醌家族抗生素的生物合成

苯并异色烷醌(benzoisochromanequinones,BIQs)家族抗生素是由链霉菌产生的聚酮类抗生素,其芳香聚酮母核结构中含有并联的两个芳香环和一个吡喃环,具有抗菌、抗肿瘤等多种生物学活性。BIQ抗生素聚酮链的早期生物合成过程代表了芳香聚酮抗生素母核的典型合成机制,而不同的后期修饰则决定了它们结构和生物学活性的多样性。在过去的二十几年中,以放线紫红素和美达霉素为研究重点,BIQ家族抗生素的生物合成机制逐渐得到揭示,但在后期结构修饰方面仍有许多问题有待解决。本文对BIQ家族抗生素的生物合成机制研究进行了综述,比较了不同BIQ家族抗生素结构特点、生物学活性,并重点阐述了它们生物合成中的后期结构修饰和调控过程的研究进展,并对BIQ抗生素在代谢工程方面的研究进行了展望。     

二硫吡咯酮类抗生素的生物合成与代谢工程应用北大核心CSCD

二硫吡咯酮类抗生素是一类具有独特的吡咯酮二硫杂环戊二烯(4H-[1,2]二硫[4,3-b]吡咯-5-酮)骨架的化合物的总称。基于N-7位酰基侧链的不同以及N-4位是否含有甲基,可分为N-methyl-Nacylpyrrothine、N-acylpyrrothine和thiomarinols等类别。迄今为止,已有27种该类化合物被报道,重要代表包括全霉素(holomycin)、硫藤黄菌素(thiolutin)、金霉素(aureothricin)以及最近发现的thiomarinols。就生物活性而言,二硫吡咯酮类抗生素具有广谱的抗细菌活性,对多种微生物,包括革兰氏阴性菌、革兰氏阳性菌以及寄生虫都有较好的杀灭活性。甚至一些二硫吡咯酮衍生物表现出较强的抗肿瘤活性。近几年来,多个二硫吡咯酮类抗生素的生物合成基因簇相继被报道,其生物合成机理也逐步被阐明。本文将针对目前国内外二硫吡咯酮类抗生素的生物合成研究进展,以及在组合生物合成与代谢工程领域所取得的成果进行综述,旨在为通过合成生物学的方法创造结构新颖、高效低毒的"非天然"二硫吡咯酮类化合物提供理论借鉴。     

抗癌药物榄香烯的生物合成及关键酶吉马烯A合酶的优化

榄香烯是我国拥有自主知识产权的抗肿瘤药物之一,因其抗肿瘤活性强、作用范围广、毒副作用轻微和不易产生耐药性等优点,被广泛应用于各类恶性肿瘤的临床治疗中。榄香烯的生产主要依靠药用植物温郁金的分离提取。但温郁金的榄香烯含量低、分离纯化难度大、得率低且成本高,严重阻碍了榄香烯的大规模生产与应用。随着合成生物学的发展,利用微生物构建细胞工厂用于生物合成天然药物成为研究热点,也为榄香烯的生产提供了新的思路。近年来,对榄香烯的生物合成研究在不断深入。研究者通过代谢工程、组合生物学和基因工程等手段,阐明榄香烯生物合成途径和关键酶,已经成功克隆了榄香烯生物合成途径上的一些关键酶基因,初步实现榄香烯的异源生物合成。本文以合成生物学研究思维概述榄香烯生物合成途径及其工程菌的优化,重点综述关键酶吉马烯A合酶(germacrane A synthase, GAS)。从限速酶基因的过表达和分流基因的敲除,融合表达酶工程策略、吉马烯A合酶的体外进化几方面,对其生物合成途径的改造策略进行阐述。同时,也分析提高异源生物合成榄香烯产量所面临的问题与挑战,为榄香烯的高效生物合成提供参考。     

Trends in the biosynthesis and production of the immunosuppressant tacrolimus (FK506)

The current off-patent state of tacrolimus (FK506) has opened the hunting season for new generic pharmaceutical formulations of this immunosuppressant. This fact has boosted the scientific and industrial research on tacrolimus for the last 5 years in order to improve its production. The fast discovery of tacrolimus producer strains has generated a huge number of producers, which presents the biosynthetic cluster of FK506 as a high promiscuous genetic region. For the first time, the current state-of-the-art on the tacrolimus biosynthesis, production improvements and drug purification is reviewed. On one hand, all the genes involved in the tacrolimus biosynthesis, in addition to the traditional PKS/NRPS, as well as their regulation are analysed. On the other hand, tacrolimus direct and indirect precursors are reviewed as a straight manner to improve the final yield, which is a current trend in the field. Twenty years of industrial and scientific improvements on tacrolimus production are summarised, whereas future trends are also drafted.     

An overview of rapamycin: from discovery to future perspectives

Rapamycin is an immunosuppressive metabolite produced from several actinomycete species. Besides its immunosuppressive activity, rapamycin and its analogs have additional therapeutic potentials, including antifungal, antitumor, neuroprotective/neuroregenerative, and lifespan extension activities. The core structure of rapamycin is derived from (4R,5R)-4,5-dihydrocyclohex-1-ene-carboxylic acid that is extended by polyketide synthase. The resulting linear polyketide chain is cyclized by incorporating pipecolate and further decorated by post-PKS modification enzymes. Herein, we review the discovery and biological activities of rapamycin as well as its mechanism of action, mechanistic target, biosynthesis, and regulation. In addition, we introduce the many efforts directed at enhancing the production of rapamycin and generating diverse analogs and also explore future perspectives in rapamycin research. This review will also emphasize the remarkable pilot studies on the biosynthesis and production improvement of rapamycin by Dr. Demain, one of the world’s distinguished scientists in industrial microbiology and biotechnology.     

Engineering microbes for isoprene production

Isoprene is facing a growing global market due to its wide industrial applications. Current industrial production of isoprene is almost entirely petroleum-based, which is influenced by the shrinking C5 supply, while the natural emission of isoprene is predominantly contributed by plants. To bridge the need gap, a highly efficient fermentation-based process for isoprene production might be a suitable and sustainable solution, and extensive research works have been performed to achieve this goal. Here we review the accomplishments in this field by summarizing the history and prospects of microbial isoprene production. The natural producers and biosynthesis pathways of isoprene, the key enzyme isoprene synthase and the metabolic engineering strategies adopted for developing isoprene-producing microorganisms are introduced. In particular, strategies employed for achieving engineered strains with improved performance indices are discussed based on the published papers and patents. The perspectives on further performance improvements and potential future strategies are presented as well.     

Strategies for enhancing fermentative production of acetoin: A review

Acetoin is a volatile compound widely used in foods, cigarettes, cosmetics, detergents, chemical synthesis, plant growth promoters and biological pest controls. It works largely as flavour and fragrance. Since some bacteria were found to be capable of vigorous acetoin biosynthesis from versatile renewable biomass, acetoin, like its reduced form 2,3-butanediol, was also classified as a promising bio-based platform chemical. In spite of several reviews on the biological production of 2,3-butanediol, little has concentrated on acetoin. The two analogous compounds are present in the same acetoin (or 2,3-butanediol) pathway, but their production processes including optimal strains, substrates, derivatives, process controls and product recovery methods are quite different. In this review, the usages of acetoin are reviewed firstly to demonstrate its importance. The biosynthesis pathway and molecular regulation mechanisms are then outlined to depict the principal network of functioning in typical species. A phylogenetic tree is constructed and the relationship between taxonomy and acetoin producing ability is revealed for the first time, which will serve as a useful guide for the screening of competitive acetoin producers. Genetic engineering, medium optimization, and process control are effective strategies to improve productivity as well. Currently, downstream processing is one of the main barriers in efficient and economical industrial acetoin fermentation. The future prospects of microbial acetoin production are discussed in light of the current progress, challenges, and trends in this field.     

固定化细胞法在5'-三磷酸腺苷合成中的应用

从生物催化活性细胞、细胞的固定化形式、固定化细胞反应器3个方面对固定化细胞法合成5’-三磷酸腺苷(ATP)的研究情况作了扼要综述。分析了我国ATP生产的工业化现状,并对今后的研究和开发提出了建议。     

生物法合成丙烯酸的研究进展

丙烯酸是一种重要的化工原料,被广泛应用于涂料、超吸附材料等领域。目前丙烯酸的获得主要通过丙烯氧化,但由于石油资源日渐枯竭以及生产过程造成的环境问题,利用生物质资源生产丙烯酸已成为研究热点。介绍了丙烯酸的性质及其在工业上的应用,并详细综述了生物法制备丙烯酸的研究进展。根据丙烯酸生产中是否应用传统的化工过程,将其分为半生物合成和全生物合成。半生物法主要包括乳酸化学法脱水以及丙烯腈、丙烯酰胺的生物转化;全生物法主要包括乳酸生物法脱水、3-羟基丙酸途径、糖直接发酵法以及DMSP(二甲基巯基丙酸内盐)途径。由于乳酸发酵的工艺成熟、原料易得,因此对乳酸脱水进行了重点介绍,其中生物法脱水符合可持续发展的要求,对其进行了详细介绍。同时还分析了各种方法的优缺点,探讨了利用生物质资源生产丙烯酸的研究趋势。     

四吡咯化合物生物合成研究进展

四吡咯化合物是存在于生物体中一类具有重要功能的化合物,已经广泛应用于农业、食品和医药等领域.由于化学合成法的烦琐流程和高昂成本以及动植物提取法存在品质不均一等缺点,大幅度限制了其工业化生产与相关应用.近年来,合成生物学的快速发展为微生物利用可再生生物质资源高效合成四吡咯化合物提供了新的技术手段.针对四吡咯化合物生物合成...     

达托霉素生物合成研究进展

达托霉素是由玫瑰孢链霉菌(Streptomyces roseosporus)生产的一种环脂肽类抗生素, 具有强大的抗革兰氏阳性致病细菌的作用, 是继“抗生素最后一道防线”万古霉素后的新型抗生素。本文主要对达托霉素的结构、作用机制、合成基因簇及合成机制等当前的研究成果进行综述, 并且总结了利用组合生物学对达托霉素进行结构改造的策略, 以此来研究结构与活性之间的关系, 并寻找更广谱高效的抗生素。最后, 本文总结了提高达托霉素产量的策略, 为工业上降低达托霉素生产成本提供理论参考。     

甲酸生物利用的研究进展

利用微生物细胞工厂实现高效的原料利用和目标物质合成是合成生物学的重要研究方向之一。传统工业微生物主要以糖基类原料作为发酵底物,而发掘更为廉价的碳资源并实现其高效利用,值得探究。甲酸是重要的有机一碳资源,亦是基本有机化工原料之一,广泛应用于农药、皮革、染料、医药和橡胶等工业。近年来受产业需求波动的影响,甲酸生产面临产能过剩的困境,亟待发展新的转化路径来拓展和延伸相关产业链,而生物路线是重要方向之一。然而,天然的甲酸利用微生物普遍存在生长缓慢、甲酸代谢效率低以及分子工具匮乏造成遗传改造困难等问题,亟待改造和优化;而人工构建甲酸利用微生物的研究尚处于起始阶段,存在极大的发展空间,值得关注。文中对近年来甲酸生物利用的研究进展进行了梳理和总结,并对今后的研究重点和方向提出建议。     

植物咖啡酸-O-甲基转移酶的研究进展

单木质素醇(H型、G型和S型)是构成植物木质素和木脂素的基本单元,其组成的不同直接决定木质素和木脂素的化学多样性和生物活性差异。咖啡酸-O-甲基转移酶(caffeic acid O-methyltransferase, COMT)可催化苯丙素类化合物羟基上氧原子的甲基化,在不同类型单木质素醇的构成中起决定作用,是木质素和木脂素生物合成途径的关键酶。2010年的相关综述主要对COMT的基因特征和在木质素生物合成中的调控作用作了介绍,文中聚焦了近十多年来COMT的最新研究进展,从基因特征、表达特征、结构特征和调控作用几个方面进行全面综述,并对COMT的研究和应用前景进行展望。