微生物发酵法生产L-色氨酸的代谢工程研究

L-色氨酸作为人体内的一种必需氨基酸,广泛应用于医药、食品与饲料等行业.工业上采用的色氨酸生产方法有化学合成法、转化法及微生物发酵法.近年来,随着代谢工程在色氨酸菌种选育中的成功运用,微生物发酵法逐渐成为主要的色氨酸生产方法.系统综述了微生物发酵法生产色氨酸所涉及的代谢工程策略,包括生物合成色氨酸的代谢调控机制以及途径...     

代谢工程发展20年

代谢工程从上世纪90年代初期发展至今已有20年历史,对微生物发酵工业的发展起到了极大的推动作用。以下回顾了代谢工程发展至今的三个重要阶段,讨论了各阶段中代谢工程在技术方面的进展及其对微生物发酵工业的促进作用。最后还讨论了代谢工程将来发展中的关键问题及解决策略。     

合成支架在代谢工程中的研究进展

代谢工程作为通过引入外源合成途径或改造优化代谢网络,进行高附加值的天然代谢产物生物合成的技术,已经得到广泛应用。但随着目标合成产物的结构日渐复杂,构建多基因的从头合成途径造成宿主生物代谢失衡与中间产物对宿主细胞产生毒害作用等一系列问题发生的可能性也随之增加。为解决这些问题合成支架策略应运而生,合成支架将途径酶共定位以提高局部酶和代谢物的浓度,来增强代谢通量并限制中间产物与宿主细胞环境间的相互作用,成为生物催化和合成生物学研究的热点之一。尽管由核酸、蛋白质构成的合成支架策略已经应用于多种代谢物的异源合成,并取得了不同程度的成功,但合成支架的精确组装仍然是一项艰巨的任务。文中详细介绍了合成支架技术的研究现状,详细阐述了合成支架技术的原理和实例,并初步探讨了其应用前景。     

植物维生素E代谢工程研究

维生素E是一种脂溶性维生素,仅在光合细菌和高等植物中合成,是人体中必不可少的一种营养物质,具有重要的生物学功能。维生素E合成代谢研究一直受到人们的关注,已通过生物信息学及转基因技术完成了维生素E合成代谢关键酶基因的分离及功能鉴定,近来研究重点转移到利用代谢工程方法提高植物维生素E含量与活性上来。综述了维生素E合成代谢途径及其代谢工程的研究现状,并对未来维生素E代谢工程研究提出了展望。     

芳香族化合物微生物代谢工程研究进展

代谢工程从20世纪90年代初期发展至今已有近30年历史,对微生物菌种改良和选育工作起到了极大的推动作用.芳香族化合物是一类可以通过微生物发酵生产的化学品,广泛应用于医药、食品、饲料和材料等领域.利用代谢工程手段对莽草酸和芳香族氨基酸合成途径进行理性改造,微生物细胞可以定向地大量积累人们需要的各种芳香族化合物.笔者对近3...     

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。     

代谢工程在微生物法生产番茄红素中的应用

番茄红素作为强抗氧化剂因具有防癌与抗癌等多种生理功能而广受关注。本文综述了代谢工程在微生物法生产番茄红素中的应用,主要讨论了代谢工程方法在扩展构建新的代谢流、增强番茄红素合成代谢流,阻断竞争支路来提高番茄红素代谢流等方面的应用。     

四碳有机酸生物合成的代谢工程研究进展

四碳有机酸作为重要的平台化学品,广泛应用于食品、化工、农业、医药和生物材料等领域.与传统的石化法相比,利用微生物发酵生产四碳有机酸具有反应条件温和、过程绿色环保等优势,具有广泛的应用前景.文中总结了四碳有机酸的生物合成途径和代谢机制,着重讨论了天然菌株生产四碳有机酸以及基于菌种选育和代谢工程改造策略提高四碳有机酸合成能...     

维生素C生物转化的代谢工程研究

本从代谢工程角度出发,综述维生素C(Vc)生物转化代谢研究进展。分别论述了3条产生Vc重要前体2-酮基-L-古龙酸(2-KLG)反应路线的代谢机制、反应酶系及代谢工程菌构建等方面的问题;并对Vc生物转化应用前景作了展望。     

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。     

聚羟基脂肪酸酯PHA代谢工程研究30年

聚羟基脂肪酸酯(Polyhydroxyalkanoate,PHA)是微生物合成的可降解高分子材料,种类及性能多样,应用前景广阔,然而其大规模生产受制于它较为高昂的生产成本.30年来,代谢工程的应用日益广泛,通过代谢流调控、代谢通路改造引入新通路等方法,微生物合成PHA的效率得到了很大提高,也丰富了PHA的单体种类、结构...     

大环内酯类抗生素代谢工程的研究进展

14-16元环的大环内酯类抗生素(Macrolide antibiotics,MA)是临床上重要的抗感染药物.随着细菌耐药性的不断增加,迫切需要研发出新型MA来应对耐药菌.通过MA与核糖体靶点的相互作用可以指导MA的定向优化,结合快速发展的代谢工程方法可以高效获得所需的MA衍生物.近30年来,代谢工程在改造MA的生物合...     

甲醇酵母代谢工程研究进展

甲醇酵母由于独特优点被认为是绿色生物制造的潜在宿主.特别是其天然甲醇利用性能有望建立甲醇生物转化路线,拓展生物炼制底物,具有重要经济价值和环保意义.文中综述了代谢工程改造甲醇酵母合成蛋白质和化学品的最新研究进展,并比较了其与模式生物酿酒酵母作为细胞工厂的优缺点.随后,分析了甲醇酵母代谢工程改造面临的挑战,并展望了潜在解...     

Road to the future of systems biotechnology: CRISPR-Cas-mediated metabolic engineering for recombinant protein production

The rising potential for CRISPR–Cas-mediated genome editing has revolutionized our strategies in basic and practical bioengineering research. It provides a predictable and precise method for genome modification in a robust and reproducible fashion. Emergence of systems biotechnology and synthetic biology approaches coupled with CRISPR–Cas technology could change the future of cell factories to possess some new features which have not been found naturally. We have discussed the possibility and versatile potentials of CRISPR–Cas technology for metabolic engineering of a recombinant host for heterologous protein production. We describe the mechanisms involved in this metabolic engineering approach and present the diverse features of its application in biotechnology and protein production.     

微生物法生产1,3-二羟基丙酮代谢工程研究进展

1,3-二羟基丙酮是一种重要的化工原料和医药中间体,广泛应用于化妆品、医药、食品等领域。以下综述了微生物法生产1,3-二羟基丙酮的代谢途径和关键酶,以及微生物法生产1,3-二羟基丙酮所涉及的代谢工程技术的研究进展。指出利用基因工程的方法对菌株进行改造,提高甘油脱氢酶催化活性,同时根据菌株的代谢特性,对发酵过程进行调控,提高1,3-二羟基丙酮的得率,是今后的研究方向。     

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。     

Application of metabolic engineering to improve both the production and use of biotech indigo

A fermentation process was developed for production of indigo from glucose using recombinant Escherichia coli. This was achieved by modifying the tryptophan pathway to cause high-level indole production and adding the Pseudomonas putida genes encoding naphthalene dioxygenase (NDO). In comparison to a tryptophan-overproducing strain, the first indigo-producing strain made less than half of the expected amount of indigo. Severe inactivation of the first enzyme of aromatic biosynthesis, 3-deoxy-d-arabino-heptulosonate 7-phosphate (DAHP) synthase (the aroG ^fbr gene product), was observed in cells collected from indigo fermentations. Subsequent in vitro experiments revealed that DAHP synthase was inactivated by exposure to the spontaneous chemical conversion of indoxyl to indigo. Indigo production was thereafter improved by increasing the gene dosage of aroG ^fbr or by increasing substrate availability to DAHP synthase in vivo by either amplifying the tktA (transketolase) gene or inactivating both isozymes of pyruvate kinase. By combining all three strategies for enhancing DAHP formation in the cell, a 60% increase in indigo production was achieved. Metabolic engineering was then further applied to eliminate a byproduct of the spontaneous conversion of indoxyl to indigo, thereby solving a serious problem with the use of bio-indigo in the final denim dyeing application. Journal of Industrial Microbiology & Biotechnology (2002) 28, 127–133 DOI: 10.1038/sj/jim/7000228 Received 20 May 2001/ Accepted in revised form 10 November 2001