链霉菌次级代谢产物高产菌株的构建策略

随着基因测序技术的发展,人类获得了大量有关链霉菌次级代谢产物合成基因簇的信息,通过合理的构建策略可以激活其中的隐性基因簇或提高基因簇的表达水平,从而获得新的链霉菌次级代谢产物,或显著提高已知次级代谢产物的发酵水平。从基因表达调控、转座子突变、合成生物学方法、组学方法等四个方面,综述了提高链霉菌次级代谢产物产量的构建策略及其研究进展。     

脂质代谢中间产物调节骨骼肌胰岛素敏感性

骨骼肌是人体最大的器官,完成胰岛素刺激下葡萄糖摄取量的80%～90%,与胰岛素抵抗(insulin resistance, IR)的发生、发展密切相关。骨骼肌是脂质代谢的主要场所之一,脂质代谢产物可作为信号分子参与骨骼肌内物质代谢的调控。脂肪酸作为脂质代谢中的产物,可通过胰岛素信号转导、炎症反应和线粒体功能等多种途径来调节骨骼肌胰岛素敏感性。例如：饱和脂肪酸(saturated fatty acids, SFAs)损害胰岛素信号转导、诱发线粒体功能障碍和炎症反应,从而诱导IR;而不饱和脂肪酸则通过增强胰岛素信号转导和发挥抗炎作用逆转SFAs带来的不良影响,从而减轻IR。此外,骨骼肌内脂质代谢紊乱可使有害的代谢中间产物如二酰甘油(diacylglycerol, DAG)、神经酰胺及长链脂酰辅酶A (long-chain acyl-coenzyme A, LCACoA)蓄积,通过直接或间接损害胰岛素信号通路诱发IR。本文对脂质代谢中间产物调控骨骼肌胰岛素敏感性的研究进展进行综述,以期加深对糖尿病发病机制的理解与认识。     

洛伐他汀工业菌株土曲霉HZ01的次级代谢产物合成分析

【目的】分析洛伐他汀工业生产菌株土曲霉HZ01的次级代谢产物合成能力,为后期的遗传改造、次级代谢产物及其基因簇挖掘提供指导。【方法】对洛伐他汀发酵条件下的样品进行了转录组分析,同时运用色谱分离技术及波谱学方法对主要次级代谢产物进行了分离和结构鉴定。【结果】洛伐他汀合成相关基因转录水平非常高,还有4个聚酮合酶(PKS)、6个非核糖体多肽合成酶(NRPS)和1个PKS-NRPS杂合酶基因进行了转录,其他PKS和NRPS基因都处于沉默状态。此外,从该菌的发酵产物中分离鉴定了10个主要副产物并确定了其结构。【结论】土曲霉HZ01是一株优良的洛伐他汀生产菌株,在构建次级代谢产物异源合成细胞工厂和鉴定次级代谢产物生物合成途径方面具有很好的应用潜力。     

一种中间代谢途径代谢通量的定量分析方法

以¹³C标记的碳源,用二维核磁共振技术(¹H-¹³C,HMQC)测定代谢中产生的氨基酸标记模式,研究对中间代谢途径胞内代谢通量进行定量分析的方法.通过开发软件包,改进同位素分布的数学模型,提出了反应映射矩阵(RMM)等概念.由简化算法,提高程序的执行效率,建立了定量分析胞内代谢通量的平台.代谢模型涉及了糖酵解途径、磷酸戊糖途径、三羧酸循环、几种回补反应、发酵途径和氨基酸合成途径.     

支链氨基酸及代谢中间产物对胰岛素抵抗的调控及其机制

支链氨基酸作为必需氨基酸,可用于合成含氮化合物,也可充当信号分子调节物质代谢。研究表明,支链氨基酸水平升高与胰岛素抵抗和2型糖尿病发生密切相关,其可通过激活哺乳动物雷帕霉素靶蛋白(mammalian target of rapamycin,mTOR)信号通路来影响胰岛素信号转导,还可通过损害脂质代谢和影响线粒体功能来调控胰岛素抵抗。此外,支链氨基酸分解代谢异常会导致代谢中间产物(如支链α-酮酸、3-羟基异丁酸和β-氨基异丁酸等)积累,其中支链α-酮酸和3-羟基异丁酸可通过影响胰岛素信号通路、损害脂质代谢等来诱发胰岛素抵抗,而β-氨基异丁酸可通过减少脂质积聚和炎症反应、增强脂肪酸氧化等来改善胰岛素抵抗。本文系统综述了支链氨基酸及其代谢中间产物对胰岛素抵抗的影响及调控机制,以期为胰岛素抵抗和2型糖尿病的防治提供新方向。     

铜绿假单胞菌生防菌株抑菌代谢产物及其生防应用研究进展

微生物次生代谢产物的研究对开发微生物源农药具有重要意义。近年来一系列根际来源的铜绿假单胞菌被分离和鉴定,因其产生抑菌次生代谢产物,具有很好的生物防治效果。本文将系统综述铜绿假单胞菌生防菌株的种类及其抑菌代谢产物的多样性,并进一步介绍铜绿假单胞菌生防菌株的抑菌代谢产物合成机制及其遗传改造,简要讨论铜绿假单胞菌生防菌株抑菌代谢产物在生物防治上的应用和前景。     

产碱性纤维素酶菌株的选育和酶合成基本特性

芽孢杆菌ｘ－６菌株经甲基磺酸乙酯（ＥＭＳ）和紫外线（ＵＶ）复合诱变,以其万古霉素抗性突变体中选育获得一突变株ＥＶ２３,所产生的纤维素酶碱性酶,且酶活力由原来的０．８４Ｕ／ｍｌ提高到３．５３Ｕ／ｍｌ,ＥＶ２３菌株基本上组成性地合成碱性羧甲基纤维素酶（ＣＭＣａｓｅ）酶合成明显表现出抗降解物阻遏的特点,以葡萄糖为碳源培养,４％浓度时酶合成水平达最高,酶合成与生长几乎同时发生,合成效率受菌体生长速率影响较     

利用合成生物学技术深入挖掘放线菌中活性次级代谢产物

放线菌是一类能够产生丰富生物小分子药物的微生物, 对人类的健康事业做出了杰出的贡献。但近几十年来, 来源于微生物并最终上市的药物越来越少, 而病原菌的抗药性问题却越发严重, 人们对新药的期待越来越迫切。本文介绍了近十年里发展迅速的合成生物学对微生物次级代谢产物研发的促进作用。合成生物学以工程化的思想对生命系统进行设计与改造, 使传统方法难以获取的放线菌次级代谢产物通过外源宿主得以产生, 充分利用了自然界的资源; 此外, 对次级代谢基因簇的合理设计和对生物元件的应用不仅使人们获得了自然界中原本不存在的新化合物, 还能使某些具有广泛应用价值药物的产量得以显著提高; 最后, 本文还介绍了合成生物学领域近些年DNA组装的新技术和新方法, 为从事次级代谢产物研发的工作者提供便利。     

光氧化条件下碳代谢中间产物与光合电子传递对PSⅡ光化学活性的调节作用

在MV和强光的光氧化条件下研究外加光合碳代谢中间产物、光呼吸C2酸和光合电子传递抑制剂等对菠菜叶绿体PSⅡ光化学活性的调节作用。结果表明,光氧化条件下外加“RuBP再生系统”和乙醇酸钠可提高qP和Φpsu,而R5P、DHAP和HCO3^-可提高qN,显示其对光氧化下叶绿体PSⅡ活性有一定程度的保护作用。其他外加化合物3-PGA、3-GAP、HPMS、DCMU、DBMIB、Ant A、短杆菌肽D等则对以叶绿素荧光参数表示的光化学活性和氧电极测定的全链电子传递速率表现抑制效应。据此认为在叶绿体水平上阻断或改变光合电子流的流向,更改光合碳还原和光呼吸代谢物浓度,皆可直接或间接影响光氧化下PSⅡ的光化学活性,其作用因不同化合物而异。     

不产生胞外多糖的假单胞菌突变菌株E_（16）

在适宜培养条件下,Ｐｓｅｕｄｏｍｏｎａｓｓｐ３１２６０能将木糖转化为酸性胞外多糖（ＥＰＳ）,用甲基磺酸乙醋（ＥＭＳ）诱变处理　Ｐｓｅｕｄｏｍｏｎａｓｓｐ３１２６０得到一株完全不产生胞外多糖的突变菌株Ｅ＿（１６）。     

通过改变代谢途径选育谷氨酸生产菌株

经化学诱变,通过改变谷氨酸棒杆菌B1的代谢途径,筛选出以甘油,琥珀酰CoA和乙醛酸为碳源的营养缺陷型,该突变菌株B4的产酸率和转化率分别比出发菌株高18.1%和12.7%。     

构建微生物突变体的方法综述

生物学范畴内的突变是指细胞中的遗传物质发生可遗传的改变,包括DNA碱基对的置换、增添或缺失等结构的变化。人们利用突变生物体进行科学研究和培育新产品。综述了人工构建突变体的几种常用方法及原理,着重介绍了应用基因工程技术进行微生物改造的方法,为科研工作和生产实践拓展思路。     

Peculiarities of Ethanol Metabolism in an Acinetobacter sp. Mutant Strain Defective in Exopolysaccharide Synthesis

Activities of the key enzymes of ethanol metabolism were assayed in ethanol-grown cells of an Acinetobacter sp. mutant strain unable to synthesize exopolysaccharides (EPS). The original EPS-producing strain could not be used for enzyme analysis because its cells could not to be separated from the extremely viscous EPS with a high molecular weight. In Acinetobacter sp., ethanol oxidation to acetaldehyde proved to be catalyzed by the NAD⁺-dependent alcohol dehydrogenase (EC 1.1.1.1.). Both NAD⁺ and NADP⁺ could be electron accepters in the acetaldehyde dehydrogenase reaction. Acetate is implicated in the Acinetobacter sp. metabolism via the reaction catalyzed by acetyl-CoA-synthetase (EC 6.2.1.1.). Isocitrate lyase (EC 4.1.3.1.) activity was also detected, indicating that the glyoxylate cycle is the anaplerotic mechanism that replenishes the pool of C₄-dicarboxylic acids in Acinetobacter sp. cells. In ethanol metabolism by Acinetobacter sp., the reactions involving acetate are the bottleneck, as evidenced by the inhibitory effect of sodium ions on both acetate oxidation in the intact cells and on acetyl-CoA-synthetase activity in the cell-free extracts, as well as by the limitation of the C₂-metabolism by coenzyme A. The results obtained may be helpful in developing a new biotechnological procedure for obtaining ethanol-derived exopolysaccharide ethapolan.     

卷枝毛霉pyrG基因缺陷突变株的诱变筛选与鉴定

为制备新的遗传筛选标记用于构建高产番茄红素的工程菌株,实验运用化学诱变的手段,以N-甲基-N'-硝基-N-亚硝基胍为诱变剂,以番茄红素生产菌株卷枝毛霉MU616为出发菌株,诱变获得5株尿嘧啶缺陷型突变株,突变株在基本培养基中培养5天后仍不能生长。通过同源转化带有pyrG基因(编码乳清酸核苷-磷酸盐脱羧酶)的质粒pEPM1确定突变株Mt1、Mt4和Mt5为pyrG基因缺陷突变株。随之对pyrG突变株进行生长特性的研究和产番茄红素性能的检测,结果表明,其中突变株Mt4的生物量为(9.0±0.6)g/L,番茄红素产量在黑暗和光照条件下分别为(1 648±185)μg/g和(3 234±281)μg/g,均与出发菌株相似,适宜作为进行卷枝毛霉转化的带有遗传标记的受体菌。pyrG基因缺陷突变菌株的获得对构建高产番茄红素的卷枝毛霉工程菌具有重要的意义。     

积累L-苹果酸的米根霉突变株酶活性初探

对富马酸产生菌株—米根霉ME-F10进行诱变育种的过程中, 得到一株性能稳定的高效积累L-苹果酸的突变株ME-M15。该菌株发酵96 h平均L-苹果酸产量达16.3 g/L, 较出发菌株L-苹果酸积累量平均提高3倍, 而富马酸和乙醇的积累量大幅下降。对突变株代谢途径关键酶活研究表明, 突变株富马酸酶胞质途径同功酶和乙醇脱氢酶活力较之出发菌株酶活力明显减弱, 而丙酮酸羧化酶活力无明显差别。     

In Silico Metabolic Design of Two‐Strain Biofilm Systems Predicts Enhanced Biomass Production and Biochemical Synthesis

Engineered biofilm consortia have the potential to solve important biotechnological problems that have proved difficult for monoculture biofilms and planktonic consortia, such as conversion of lignocellulosic material to useful biochemicals. While considerable experimental progress has been reported for engineering and characterizing biofilm consortia, the field still lacks in silico tools for simulation, design, and optimization of stable, robust, and productive designed consortia. We developed biofilm consortia metabolic models for two coculture systems centered around the ecological design motif of a primary cell type that utilizes a supplied electron donor and secretes acetate as a byproduct and a secondary cell type that consumes the acetate, relieving byproduct inhibition on the primary cell type and enhancing overall system biomass. The models presented in this paper predict that distinct metabolic niches for the two cell types could be established by supplying electron donors and acceptors at opposite ends of the biofilm and that acetate consumption by the secondary cell type could increase total biomass accumulation and the synthesis of valuable biochemicals, such as isobutanol, by the primary cell type. System tunability is enhanced when each cell type is supplied with a unique terminal electron acceptor at opposite ends of the biofilm rather than competing for a common electron acceptor. Our model provides good qualitative agreement with data for a synthetic Escherichia coli coculture system, suggesting that the proposed design rules may have wide applicability to engineered biofilm consortia.     

布鲁氏菌vjbR突变株的构建及其毒力表型分析

为分析vjbR在布鲁氏菌毒力中的作用,构建了vjbR的突变株和互补株,并分析了它们在巨噬细胞和小鼠体内的存活能力。利用同源重组的方法,用卡那抗性基因替换了16M的vjbR(BMEII1116)基因,得到了vjbR的缺失突变株16M△vjbR。将vjbR基因的ORF克隆到pMD18-T载体中,然后将其转入到突变株16M△vjbR中得到互补株16M△vjbR-C。用16M、16M△vjbR和16M△vjbR-C侵染巨噬细胞和感染小鼠,比较分析它们在巨噬细胞内的生存能力及小鼠毒力。研究结果表明vjbR突变株在巨噬细胞和小鼠体内的毒力减弱,存活能力下降,说明vjbR基因是布鲁氏菌16M的毒力相关基因,对于布鲁氏菌建立慢性感染是必要的。