β-烟酰胺单核苷酸合成研究进展

衰老过程中辅酶I-烟酰胺腺嘌呤二核苷酸(NAD⁺)水平下降被认为是导致疾病和残疾的主要原因。β-烟酰胺单核苷酸(NMN)是NAD⁺的直接前体,是提高细胞内NAD⁺水平的关键成分。口服补充NMN可以延缓、改善、防止与衰老相关的多种表型,改善代谢紊乱和老年疾病等。详细介绍了NMN的主要生理作用以及目前合成NMN的方法,包括化学法、微生物发酵法以及基于各种生物酶的体外合成方法。其中重点介绍了生物酶法的各种合成路线,并指出以烟酰胺核糖(NR)为基础的NMN的合成是最为理想的工艺路线,但转化工艺中涉及到的关键酶如烟酰胺核糖激酶(NRK)等的活性以及酶的稳定性需要进一步提高,才能达到降低生产成本的目的。     

紫化茶树生理生化及其花青素调控机理研究进展

紫化茶树是一种特异的茶树种质资源,富含具有多种生理活性的花青素。本文综述了紫化茶树生理生化、花青素生物合成途径及影响因素,旨在为进一步探明茶树花青素合成和代谢的调控机理奠定基础。     

甾体皂苷生物合成相关酶及基因研究进展

甾体皂苷是植物中广泛存在的一种次生代谢产物,其种类繁多且大多数有很强的生理活性,具有很大的药用研究价值和广泛应用前景。甾体皂苷生物合成途径复杂,受到多种酶的调控。本文综述了植物甾体皂苷的生物合成途径及途径中关键酶及基因的研究进展,并对其研究前景做简要展望。     

生物合成聚3-羟基丙酸酯的研究进展

聚3-羟基丙酸酯(P3HP)作为聚羟基脂肪酸酯家族(PHAs)中的新型热塑性塑料,具有生物降解性和生物相容性等优点。目前,未见野生微生物可以合成P3HP的报道,生产途径主要为化学法和生物法。其中,通过化学法或添加3-HP单体及其结构类似物作为前体的P3HP合成效率低、成本高且不具环保性;而通过构建和改造工程菌的生物代谢途径,能够利用廉价、可再生的碳源,已经逐渐成为研究热点。文中综述了国内外P3HP生物合成研究进展,并对甘油途径、丙二酸单酰辅酶A(Malonyl-Co A)途径和β-丙氨酸途径等合成方法进行了优缺点分析,为生物合成P3HP的深入研究奠定理论基础。     

β-烟酰胺单核苷酸功能与合成研究进展

β-烟酰胺单核苷酸(nicotinamide mononucleotide,NMN)是辅酶I——NAD~+(nicotinamide adenine dinucleotide)合成的关键中间体,存在于各种生物体内。NAD~+广泛参与体内多种反应,对人体健康起着非常重要的作用。服用烟酰胺单核苷酸后可以快速提升体内NAD~+水平,从而在体内起到多种关键功能。近年来,研究NMN为年龄相关性功能衰退和疾病的发病机制提供了许多重要的见解。研究发现NMN具有多种功能作用,例如抗衰老,促进心脑健康等。NMN已经成为保健品、食品原料等领域研究的热点,其市场容量增长迅速,目前已有多种以NMN为主要成分的保健品上市销售。基于NMN持续火热的研究态势以及未来巨大的市场预期,本文较为系统地综述了NMN的研究背景、作用机理、保健功能、全球品牌产品、主要的化学方法与生物学方法的合成路线等,旨在为普及以及推动NMN在人类健康领域的研究和应用提供参考。     

黄酮类化合物微生物合成途径构建与优化研究进展

黄酮类化合物作为植物和真菌中的一类重要的次生代谢产物,具有多种生理活性,在医药与食品行业应用前景广阔。现有的黄酮类化合物生产工艺复杂、产品效价与收率低,且伴随有害物质生成,无法满足市场需求。微生物合成黄酮类化合物具有生产周期短、产率高绿色环保、可大规模生产等特点,是一种可持续的替代方法。综述了近年来黄酮类化合物在大肠杆菌与酿酒酵母中合成途径构建与优化策略的研究进展,以期为实现黄酮类化合物工业化生产提供参考。     

脂肪酸代谢途径影响聚酮化合物生物合成的机制及应用研究进展

聚酮化合物（PKs）作为一大类次级代谢产物，有着重要的生物活性和潜在的应用价值。链霉菌具有合成多种聚酮化合物的潜力，但野生型菌株合成聚酮化合物的产量难以满足工业化生产的需求。贮藏脂质的降解能为聚酮化合物生物合成提供大量的酰基CoA前体，因此，控制好脂肪酸与聚酮化合物生物合成通量，有利于促进目标聚酮化合物的合成。本文综述了强化脂肪酸β-氧化途径提高聚酮化合物产量的研究进展，为利用β-氧化途径促进聚酮化合物生物合成提供了新的研究策略。     

微生物来源天然产物中的β-甲基色氨酸单元及其生物合成研究进展

微生物在次级代谢过程中通常会产生结构复杂、活性多样的天然产物。这些天然产物是新药发展的基础,亦可作为先导化合物或重要的药效基团用于药物研发。结构多样的氨基酸单元是参与合成复杂多样天然产物的重要前体。天然产物中的β-甲基氨基酸单元不仅可以赋予其生物活性,还能增强其生物稳定性而不被肽酶水解。本文综述了含有β-甲基氨基酸单元的天然产物,尤其对含有β-甲基色氨酸单元的天然产物生物合成途径进行了阐释。对β-甲基色氨酸单元生物合成途径的理解结合基因组数据有助于进行新结构天然产物的挖掘,并为运用代谢科学理念和合成生物学技术开发含有该单元的新化合物提供理论基础和可操作遗传元件。     

红景天苷生物、化学和生物催化合成的分子理论及应用

红景天苷是红景天属植物的主要活性成分之一,研究红景天苷的高效合成具有重要的科研和应用价值。本文全面概述近年来合成红景天苷的研究状况,主要包括生物合成途径、化学合成途径、生物催化合成途径。对生物合成途径中红景天苷的代谢合成途径、关键酶及基因、实践现状进行了分析;总结了以Koenigs-Knorr法为理论基础的化学合成的研究进展;对具有广泛发展前景的体外生物催化合成状况进行了理论与实践的概述。通过对这些合成方法的展望,为人们了解合成红景天苷的研究现状、进一步深入研究提供参考。     

微生物来源天然产物中的β-甲基色氨酸单元及其生物合成研究进展

微生物在次级代谢过程中通常会产生结构复杂、活性多样的天然产物。这些天然产物是新药发展的基础,亦可作为先导化合物或重要的药效基团用于药物研发。结构多样的氨基酸单元是参与合成复杂多样天然产物的重要前体。天然产物中的β-甲基氨基酸单元不仅可以赋予其生物活性,还能增强其生物稳定性而不被肽酶水解。本文综述了含有β-甲基氨基酸单元的天然产物,尤其对含有β-甲基色氨酸单元的天然产物生物合成途径进行了阐释。对β-甲基色氨酸单元生物合成途径的理解结合基因组数据有助于进行新结构天然产物的挖掘,并为运用代谢科学理念和合成生物学技术开发含有该单元的新化合物提供理论基础和可操作遗传元件。     

青藏高原不同海拔藏药独一味转录组分析

为了研究独一味(Phlomoides rotata)在不同海拔生境下基因表达差异及响应机制,本研究基于NR、 GO和KEGG等数据库进行差异表达基因(differentially expressed genes, DEGs)的注释,以及功能富集分析,获得独一味的DEGs,以及关联的代谢通路,并对注释获得的药用基因进行系统发育分析。结果显示,不同海拔独一味的DEGs,主要富集到植物激素信号转导、氨基酸的生物合成、萜类等次生代谢生物合成途径。其中,有4个基因在低温胁迫响应中起关键作用;鉴定出3个P5βR基因,其中2个基因编码环烯醚萜合成途径中的关键酶。系统发育结果显示,P5βR基因亚家族聚为两个分支(P5βR clusterⅠ和P5βR clusterⅡ)。本研究在转录组水平上发现独一味主要通过多种代谢途径,以及关键基因的调控表达来适应青藏高原高海拔生境。本研究为独一味不同海拔适应机制及独一味耐寒育种提供了数据支撑,为P5βR基因亚家族和环烯醚萜类生物合成的研究奠定基础。     

灵芝β-葡萄糖苷酶基因的克隆与功能分析

灵芝是我国著名的药用真菌,具有抗癌、抗肿瘤等功效。灵芝酸属于三萜类化合物,是灵芝的主要活性成分,并已成为评价灵芝品质的重要指标之一。β-葡萄糖苷酶(β-glucosidase,BG)是次生代谢产物合成途径中的关键限速酶,能够调节次生代谢产物的生物合成。本研究通过同源序列比对,注释获得了灵芝β-葡萄糖苷酶基因(GlBG),并通过RNAi技术对灵芝β-葡萄糖苷酶进行功能分析。序列分析结果显示GlBG基因的DNA全长为2 759 bp,包含7个外显子和6个内含子,编码793个氨基酸,其编码的蛋白序列中含有β-糖苷水解酶的2个保守结构域。灵芝β-葡萄糖苷酶基因的沉默转化子中灵芝酸含量比野生型菌株的灵芝酸含量平均降低了38%,并且灵芝酸生物合成途径中的关键酶基因(hmgs、hmgr、fps、sqs和osc)的表达量也显著下降,实验结果表明灵芝β-葡萄糖苷酶在灵芝酸生物合成过程中具有重要作用,并为灵芝次生代谢途径及其调控机制提供了参考。     

丁醇在大肠杆菌中的生物合成研究进展*

生物丁醇作为一种重要的化学品和石油基燃料的替代品引起了人们的广泛关注。大肠杆菌(Escherichia coli)是生物合成化学品的优良底盘菌株,已在其体内构建了丁醇的生物合成途径。但大肠杆菌合成丁醇存在:(1)代谢通量非最优;(2)辅因子和氧化还原不平衡;(3)丁醇产量和产率低等问题,为此,从高效酶选择、碳代谢流调控、辅因子调控、丁醇生产和工艺等方面已经对丁醇合成途径和丁醇发酵进行了优化。从该角度出发阐述近几年来大肠杆菌生物合成丁醇的研究进展,并展望了利用工程大肠杆菌生产丁醇的研究方向,旨在为应用其进行高效的丁醇生产提供参考。     

丁醇在大肠杆菌中的生物合成研究进展*

生物丁醇作为一种重要的化学品和石油基燃料的替代品引起了人们的广泛关注。大肠杆菌(Escherichia coli)是生物合成化学品的优良底盘菌株,已在其体内构建了丁醇的生物合成途径。但大肠杆菌合成丁醇存在:(1)代谢通量非最优;(2)辅因子和氧化还原不平衡;(3)丁醇产量和产率低等问题,为此,从高效酶选择、碳代谢流调控、辅因子调控、丁醇生产和工艺等方面已经对丁醇合成途径和丁醇发酵进行了优化。从该角度出发阐述近几年来大肠杆菌生物合成丁醇的研究进展,并展望了利用工程大肠杆菌生产丁醇的研究方向,旨在为应用其进行高效的丁醇生产提供参考。     

欧洲疮痂链霉菌F5的鉴定及其抗菌活性

【背景】木豆(Cajanus cajan)是一种具有多种药理活性的药用植物,目前对其根际功能放线菌的认识和研究有限,有必要对其应用开发潜力进行研究。【目的】从木豆根际土中筛选一株对植物病原菌和常见病原菌具有广谱拮抗活性的放线菌菌株,鉴定菌株的分类地位、相关代谢产物及可能的生物合成途径,为该菌株的开发应用提供数据支撑。【方法】以7种常见植物病原真菌及8种常见病原菌为指示菌,采用平板对峙法和滤纸片扩散法筛选具有广谱抗菌活性的放线菌菌株,基于形态观察与系统发育分析对该菌株进行分类鉴定,并通过高分辨质谱和超高效液相色谱-串联质谱(UPLC-MS/MS)对活性菌株的次生代谢产物进行鉴定与验证。采用PCR扩增菌株聚酮合成酶Ⅰ(polyketide synthase,PKS-Ⅰ)和非核糖体多肽合成酶(non-ribosomal peptide synthetase,NRPS)基因,明确其活性代谢产物可能的生物合成途径。【结果】通过抑菌试验筛选得到拮抗放线菌F5,确定其为欧洲疮痂链霉菌(Streptomyces europaeiscabiei),F5菌株基因组中含有编码PKS-Ⅰ和NRPS合成的相关基...     

独行菜种子转录组的高通量测序及分析

独行菜种子为我国传统常用中药,从中已提取出多种药用活性成分,但目前尚不清楚其次级代谢过程中这些活性物质合成的遗传基础。采用Illumina Hiseq^TM 2000高通量测序平台对独行菜种子转录组进行测序,经de novo组装后获得40 303条unigene。进一步利用六大公共数据库进行同源比对,注释了27 935条unigene。研究发现,534个基因参与了独行菜次生物质的合成和代谢,其中在芥子苷、黄酮类和芪类化合物生物合成途径中的unigene分别有4个、19个和69个,在苯丙氨酸代谢途径中的unigene有92个。这些基因可能参与独行菜种子药性活性物质的生物合成,并分析获得了参与上述合成代谢途径的13个关键基因的同源序列。另外,从转录组序列中搜索到6 304个SSR位点,分布于5 306条unigene中,出现频率为15.64%。研究结果不仅为挖掘独行菜种子药用次生代谢物生物合成关键基因提供了基础数据信息,而且为独行菜遗传多样性研究和分子标记开发奠定了分子基础。     

红景天苷生物合成机制及其基因工程研究进展

红景天苷主要来源于红景天,是红景天属植物的重要活性物质,具有抗辐射、抗缺氧、抗肿瘤等多种药用功效。由于红景天野生资源少,且红景天苷在红景天中含量极少、提取率低,因此,研究提高红景天苷产量的生产方法具有重要的意义和价值。在研究红景天苷生物合成机制的基础上,通过基因工程技术来提高红景天苷的产量具有一定的前景和研究价值。综述了红景天苷的生物合成机制、代谢途径中的关键酶和利用代谢工程合成红景天苷的方法,并对其研究前景进行了展望,以期为红景天苷的生物合成相关研究提供参考。     

L-核糖的生产研究进展

L-核糖是合成许多抗病毒药物的关键中间体,自然界和生物体中并不存在。L-核糖的制备方法有化学合成法和生物合成法。与化学合成法相比,生物合成法对环境更加有利。生物合成法是应用微生物及其酶以核糖醇或L-阿拉伯糖为原料生产L-核糖。综述了L-核糖的制备方法以及产品的分离纯化技术,并对L-核糖的研究现状和前景进行了展望。     

细胞区室化调控萜类化合物微生物合成

萜类化合物具有抗炎、抗氧化、抑制肿瘤细胞增殖等药学活性,在医药行业应用广泛。近年来,利用微生物合成萜类化合物受到广泛关注。在微生物中高效合成萜类化合物离不开代谢途径的调控与优化,其中细胞区室化是常用的调控策略之一,在微生物细胞工厂的构建中发挥着重要作用。代谢途径的细胞区室化具有许多优点,如增加酶和底物的局部浓度,抑制其向副产物转移和减少有毒中间体积累等,可实现萜类化合物的高效合成。近年来利用细胞区室化在微生物中合成萜类化合物的研究逐步展开,但目前对于区室化工程在构建细胞工厂中的应用总结较少。因此,围绕代谢途径区室化的作用,各种细胞器的生理特性及其在调控萜类化合物微生物合成中的应用进行了综述,讨论细胞区室化调控策略的发展、存在的问题及前景,以期为萜类化合物的高效微生物合成提供参考。     

NAD^+与细胞衰老

烟酰胺腺嘌呤二核苷酸(nicotinamide adenine dinucleotide,NAD^+)作为糖酵解、三羧酸循环和氧化磷酸化中关键酶的辅助因子,参与了细胞的物质代谢、能量合成、损伤DNA的修复等多种生理病理过程。近年来越来越多的研究发现,细胞内NAD^+水平在机体或细胞衰老过程中呈明显下降趋势,而补充NAD^+能延缓细胞/机体的衰老,使NAD^+及其前体物质在细胞衰老中的作用受到广泛关注。该文就NAD^+及其前体物质与细胞代谢、衰老的关系及相关分子机制研究的最新进展进行综述,以期深入认识NAD^+与细胞衰老的内在联系,为细胞衰老相关的基础及应用研究提供理论参考。