代谢工程改造大肠杆菌合成羟基酪醇

羟基酪醇是重要精细化学品,作为天然抗氧化剂被广泛应用于食品、医药领域.利用合成生物学技术生产羟基酪醇具有重要意义.本文克隆并功能鉴定了来源于大肠杆菌Escherichia coli BL21的羟化酶编码基因HpaBC,结果表明该酶的两个亚基均能成功表达并能催化酪醇生成羟基酪醇.通过CRISPR-Cas9技术将由tac启...     

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。     

废水处理中群体感应调控行为研究进展

群体感应是微生物在繁殖过程中分泌一些特定的信号分子,当信号分子浓度达到一定阈值后,可以调控某些基因表达,从而实现信息交流的现象.群体感应调控着生物膜形成、公共物质合成、基因水平转移等一系列社会性行为,广泛存在于各类微生物信息交流中.活性污泥、生物膜和颗粒污泥等生物聚集体广泛存在群体感应现象,了解和认识群体感应与微生物之间的调控行为,对于废水处理具有重要意义.本文综述了感应信号分子的分类、群体感应调控机制,群体感应在活性污泥、生物膜、好氧颗粒污泥和厌氧颗粒污泥等废水处理中的调控行为的研究进展,并对废水处理中群体感应的研究进行了展望,以期为深入理解废水处理中群体感应调控行为提供参考.     

红景天甙生物合成途径：酪醇合成的起始反应及其糖基化

红景天甙(Salidroside)生源途径分子机制的解析是利用基因工程、代谢工程技术合成目标化合物的基础。糖基化是红景天甙生物合成的最后一步反应。在前期工作中,本课题组率先报道了与红景天甙生物合成相关的3个尿苷二磷酸葡萄糖基转移酶(UGTs)基因,在体外酶学性质研究的基础上,利用根癌农杆菌和发根农杆菌介导分别建立了相关转基因体系,鉴别了红景天甙生物合成最适UGT及植物和毛状根生物反应器系统合成红景天甙的效率差异;酪醇(Tyrosol)是红景天甙糖基化反应的甙元底物分子,其具体的代谢通路及其调控机制仍不明确。针对酪醇生物合成来源主要存在两种观点:一是酪醇可能来自于苯丙烷代谢途径产生的4-香豆酸,该途径起源于苯丙氨酸;二是生物碱代谢途径的中间产物酪胺可能是酪醇生物合成的前体,该途径则起源于酪氨酸。在后续工作中,否定了酪醇来源于苯丙烷代谢途径的可能性,进一步的工作证实酪氨酸脱羧酶(TyrDC)在酪醇生物合成的起始反应中担负着重要功能,酪醇作为一种苯乙烷类化合物衍生物,其生物合成来源于生物碱代谢途径。     

细菌群体感应调控多样性及群体感应淬灭

群体感应(Quorum sensing, QS)是细菌通过信号分子分泌、识别,从而调控基因水平转移、毒力因子分泌、芽孢产生及生物膜形成等群体行为的细胞交流机制。干扰信号分子的分泌、识别,可以阻断群体感应,实现群体淬灭。群体淬灭(Quorum quenching, QQ)是目前致病性控制、致腐性预防以及生物膜污染削减的重要策略之一。本文以群体感应信号分泌-识别-响应为主线,将群体感应分为等级、平行及竞争型三类调控方式,并对其特征进行了详细阐述;同时,探讨了信号分子类似物、信号分子降解酶剂、信号受体激活剂/抑制剂等策略在不同调控方式淬灭中的适用性;最后,对群体感应调控及淬灭进行了展望,以期为丰富细菌群体感应认知、促进群体淬灭应用提供参考。     

群体感应系统在合成生物学中的应用*

群体感应(quorum sensing, QS)是一种广泛存在于多种微生物中的胞间通信系统,细菌产生的自诱导物随着种群密度的增加而积累,诱导细菌对种群密度的响应,调节生物膜的形成或特定基因的表达。近年来,随着群体感应系统原理与关键元件的逐渐清晰,应用合成生物学手段进行多技术联合以及多系统间正交性设计具有极大的发展潜力,群体感应系统已成为合成生物学家动态调控胞间通信常用的重要手段之一。在群体感应是细胞-细胞间通信系统的基础上,对多种群体感应系统的联合设计在生物基化学品生产中自动化调控的研究进展进行综述;并针对群体感应系统在生物电化学转化领域实现双向生物信息交流的应用进行总结;同时归纳了医学领域中群体感应系统的动态调控功能与多种疾病诊断及治疗结合的研究进展,讨论了群体感应系统在多细胞通信和实际应用等方面的发展前景。     

4-羟基苯乙酸-3-羟化酶A重组表达菌株的构建及其对羟基酪醇的生物转化研究

目的:构建表达4-羟基苯乙酸-3-羟化酶A(4-hydroxyphenylacetate-3-hydroxylase A,HHA)的重组菌株,进而以酪醇为底物,利用重组菌株转化生产羟基酪醇。方法:选择大肠杆菌BL21(DE3)为模板来扩增HHA基因,经酶切后连接到表达载体p ET-28a中,获得重组表达载体p ET28a-HHA,将重组载体转化到感受态细胞BL21(DE3),在重组菌液中加入适量酪醇,利用胞内的重组酶对酪醇加羟基合成羟基酪醇,细胞离心后,分别采用薄层层析法和气质联用法检测上清液中羟基酪醇的转化结果。结果:IPTG诱导表达后,经SDS-PAGE分析获得分子质量分别为58.8k Da和18.5k Da的两条蛋白质条带。薄层层析法和气质联用法均检测到催化产物羟基酪醇的生成。结论:成功构建了表达HHA的重组菌株,该菌株可有效将酪醇转化为羟基酪醇。     

羟基酪醇作为线粒体营养素的调控机制

地中海饮食,特别是橄榄油,赋予了地中海周边国家人民对于退行性疾病的强力抵抗,尤其是心血管疾病和肿瘤的发生率以及致死率相对更低。羟基酪醇是橄榄油中的多酚类化合物之一,在防治紫外辐射、糖尿病、老年性视网膜黄斑病变、心血管疾病以及肿瘤等方面都具有重要的生物学效应。将具体阐述羟基酪醇作为一种线粒体营养素（如通过调节线粒体的动态变化以及Nrf2介导的抗氧化酶的诱导等）如何促进其有益功能。     

海洋微生物群体感应与群体感应淬灭的开发利用

群体感应与感应淬灭在微生物中普遍存在,群体感应通过调控基因表达赋予细菌有益或有害的特性,这些特性与人类健康、农业及水产养殖等领域密切相关。群体感应现象首先发现于海洋环境,近几年海洋采样等相关技术的发展,极大促进了海洋微生物的群体感应与淬灭研究的快速发展。本文对细菌及典型真菌的群体感应作用机制、信号分子的多样性以及其与细菌致病性的相关性进行了阐述,对群体感应淬灭的机制与意义、淬灭因子多样性以及相关酶资源的发掘也进行了分析和展望。     

细菌中的群体感应

群体感应(quorum sensing)是细菌根据细胞密度变化进行基因表达调控的一种生理行为。具有群体感应的细菌能产生并释放一种被称为自体诱导物(autoinducer)的信号分子,它随着细胞密度增加而同步增加。当自体诱导物积累到一定浓度时会改变细菌特定基因的表达。革兰氏阳性及阴性细菌通过群体感应与周围环境进行信息交流,从而改变细菌的一系列生理活性,这些细菌的生理特性包括共生、细菌毒性、竞争、接合、抗生素的产生、运动性、孢子及生物膜的形成。这种信号传递方式可能对低等的细胞进一步进化,并形成高等的生物体有重要作用。细菌中群体感应系统的进化可能是多细胞体形成的早期阶段。     

Recombinant streptokinase production by fed-batch cultivation of Escherichia coli

Streptokinase (SK) is a specific effective medicine for thrombolytic therapy of acute myocardial infarction. This study established a process for the pilot production of recombinant streptokinase (r-SK). Engineering bacteria were fermented in a 20-l fermentor to produce r-SK. After simple renaturation and purification, 12.9 g of r-SK with 97.8% of purity and about 10⁵ IU mg⁻¹ of specific activity was obtained, the yield of protein and the recovery of activity were 44.9% and 51%, respectively. Finally, the r-SK was made into about 700 doses of injections for clinical applications.     

c-di-GMP对大肠杆菌生物膜调控的研究进展

大肠杆菌生物膜是由聚集于特定介质上的大肠杆菌菌体细胞相互黏附并分泌胞外基质聚合物(extracellular polymeric substances,EPS)而产生的一种结构复杂的膜状聚集物。感染宿主后的致病性大肠杆菌在形成生物膜后会极大地逃避免疫系统以及环境中各种有害因素对其的影响,对宿主造成持续甚至致命的伤害。环二鸟苷酸(cyclic diguanosine monophosphate,c-di-GMP)是广泛存在于细菌中的第二信使,在调节生物膜形成过程中起到至关重要的作用。基于此,本文对近些年来有关c-di-GMP对大肠杆菌生物膜形成过程中菌体的运动、黏附以及EPS产生机制的研究进行了综述,以期为从c-di-GMP角度抑制大肠杆菌生物膜提供依据和思路。     

Control of Escherichia coli growth rate through cell density

The transition from the exponential to the stationary phase of Escherichia coli cultures has been investigated regarding nutrient availability. This analysis strongly suggests that the declining of the cell division rate is not caused by mere nutrient limitation but also by an immediate sensing of cell concentration. In addition, both the growth rate and the final biomass achieved by a batch culture can be manipulated by altering its density during the early exponential phase. This result, which has been confirmed by using different experimental approaches, supports the hypothesis that the E. coli quorum sensing is not only determined by the release of soluble cell-to-cell communicators. Cell-associated sensing elements might also be involved in modulating the bacterial growth even in the presence of non-limiting (although declining) nutrient concentrations, thus promoting their economical utilisation in dense populations.     

大肠埃希菌生物被膜基因调控研究进展

大肠埃希菌(Escherichia coli)是一种兼性厌氧、有鞭毛的革兰氏阴性短杆菌,常寄生于人和动物肠道内,是常见的人畜共患病病原之一。大肠埃希菌易形成生物被膜,这是一种由细菌群落分泌能够包裹自身的胞外基质与细菌结合形成的特殊聚集体,也是临床细菌感染疾病难以治愈的主要原因。生物被膜的形成不仅帮助细菌逃避宿主的防御系统,还可以降低或阻止药物发挥作用,从而诱发生物被膜相关感染(biofilm-associated infections, BAI)。本文从生物被膜形成的基因调控系统和相关调控蛋白等角度,归纳总结调控大肠埃希菌生物被膜形成的分子机制,并对防治BAI的策略进行了概述,为寻找合适的药物靶点以及防治BAI提供参考。     

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。     

模块化工程改造大肠杆菌生产L-色氨酸

L-色氨酸作为一种必需氨基酸,广泛应用于食品、饲料和医药等领域。目前,微生物法生产L-色氨酸存在转化率低等问题。为此,本研究通过敲除L-色氨酸操纵子阻遏蛋白(L-tryptophan operon repressor protein, trpR)、替换l-色氨酸弱化子(trpL)、引入抗反馈调节的aroG^fbr等,获得可积累11.80 g/L L-色氨酸的底盘菌株大肠杆菌(Escherichia coli)TRP3。在此基础上,将L-色氨酸合成途径分为中心代谢途径模块、莽草酸(shikimic acid, SA)途径至分支酸(chorismic acid, CHA)模块、分支酸至L-色氨酸模块,并借助启动子工程,通过平衡中心代谢途径模块、莽草酸途径至分支酸模块、分支酸至L-色氨酸模块,获得工程菌E.coli TRP9。在5 L发酵罐中,工程菌E.coli TRP9的L-色氨酸产量提升至36.08 g/L,糖酸转化率提升至18.55%,达到理论转化率的81.7%。本研究利用模块工程策略,构建了高产L-色氨酸生产菌株,为l-色氨酸的规模化生产奠定了良好的基础。     

和厚朴酚对大肠埃希氏菌生物被膜形成的抑制机制

【目的】研究不同浓度的和厚朴酚(honokiol)抑制大肠埃希菌(Escherichia coli)的供试菌株10389生物被膜(biofilm,BF)形成的作用机制。【方法】用氯化三苯基四氮唑比色法(TTC)和四唑盐减低法(XTT)测定honokiol抑制E.coli10389生物被膜形成的药物最低抑菌浓度(MIC)和最低杀菌浓度(MBC)及其抑制作用与时间的关系;通过qRT-PCR法检测不同浓度的honokiol对E. coli 10389生物被膜形成基因和群体感应系统相关基因表达量的影响;通过生物发光法和qRT-PCR法检测亚-MIC honokiol对E. coli 10389呋喃糖基硼酸二酯(AI-2)及其调控的与生物被膜形成相关的下游基因表达量的影响。【结果】Honokiol能抑制E.coli10389生物被膜的形成,但不同浓度的honokiol抑制E. coli 10389 BF形成的作用机制不同。其中,与对照组相比,MIC的honokiol能使E. coli 10389 BF形成相关基因编码毒素(hha)和细菌酸性调节因子(ari R) mRNA的表达量显著提高,抗毒素...     

Improvement of succinate production by overexpression of a cyanobacterial carbonic anhydrase in Escherichia coli

Succinate fermentation was investigated in Escherichia coli strains overexpressing cyanobacterium Anabaena sp. 7120 ecaA gene encoding carbonic anhydrase (CA). In strain BL21 (DE3) bearing ecaA, the activity of CA was 21.8 U mg⁻¹ protein, whereas non-detectable CA activity was observed in the control strain. Meanwhile, the activity of phosphoenolpyruvate carboxylase (PEPC) increased from 0.2 U mg⁻¹ protein to 1.13 U mg⁻¹ protein. The recombinant bearing ecaA reached a succinate yield of 0.39 mol mol⁻¹ glucose at the end of the fermentation. It was 2.1-fold higher than that of control strain which was just 0.19 mol mol⁻¹ glucose. EcaA gene was also introduced into E. coli DC1515, which was deficient in glucose phosphotransferase, lactate dehydrogenase and pyruvate:formate lyase. Succinate yield can be further increased to 1.26 mol mol⁻¹ glucose. It could be concluded that the enhancement of the supply of HCO₃⁻ in vivo by ecaA overexpression is an effective strategy for the improvement of succinate production in E. coli.     

大肠杆菌胞内半胱氨酸响应型启动子的筛选表征

【目的】半胱氨酸是一种重要的含硫氨基酸,广泛应用于化妆品、药品、食品等行业,微生物发酵法合成半胱氨酸已成为当前研究的热点。基于比较转录组学分析等技术,筛选并表征大肠杆菌(Escherichia coli)胞内对半胱氨酸浓度变化显著响应的启动子。【方法】在Escherichia coli W3110培养基中外源添加不同终浓度的半胱氨酸,通过比较转录组学分析筛选转录水平显著响应半胱氨酸浓度变化的基因,融合目标基因的启动子片段与荧光报告基因egfp构建启动子文库,进一步测定不同半胱氨酸浓度条件下,含有不同启动子重组菌的绿色荧光蛋白(greenfluorescent protein, GFP)荧光强度。【结果】筛选并挖掘了随着半胱氨酸浓度提高而转录水平显著提升的27个基因,并将基因的潜在启动子片段与荧光报告基因egfp融合构建启动子文库,筛选获得对半胱氨酸变化具备特异性响应的启动子P_E2。最后,对P_E2启动子-35区间隔区域AAAT进行随机突变,最终获得在1-7g/L半胱氨酸浓度范围内特异性响应性能显著提高的启动子P_E2-33。...     

耐辐射奇球菌pprM基因增强大肠杆菌氧化抗性的研究

目的:探讨耐辐射奇球菌ppr M基因对大肠杆菌氧化抗性的影响。方法:氯化钙法转化分别构建含pGEX-6p-1-pprM质粒的大肠杆菌DH5α。测定不同浓度过氧化氢对含pGEX-6p-1-pprM、pGEX-6p-1和野生型大肠杆菌DH5α活性的影响以及菌体内SOD/GSH/CAT水平的变化。结果:与空质粒组和野生型组相比,含pprM的大肠杆菌在同浓度过氧化性情况下,其抑菌圈明显缩小,差异有统计学意义。与空质粒组和野生型组相比,含pprM的大肠杆菌体内CAT活力、SOD活性明显提高,但GSH量并没有明显提高。结论:pprM基因能够提高大肠杆菌抗氧化能力,其机制可能与pprM基因增强细菌体内抗氧化酶的活性有关。