异源生物合成聚酮化合物的研究进展

聚酮是一大类具有重要生物活性的天然产物,其生物合成途径复杂多样。利用异源宿主合成聚酮化合物要比使用天然生产菌有很多优点。异源宿主的选择是异源生物合成聚酮的关键。这种宿主必须能够大量表达大分子聚酮合成酶(300 kDa或更大)且能够大规模的转译后修饰这些蛋白;还要能够形成大量的像丙二酰CoA、甲基丙二酰CoA等细胞内起始单元。随着各种技术的不断进步,异源宿主很可能成为大规模生产聚酮化合物的一个强有力平台。本文对聚酮合成酶,异源生产聚酮的优点、条件和应用都有所阐述。     

谷氨酸棒状杆菌异源合成萜类化合物的研究进展

萜类化合物具有可观的商业价值,但生产过程复杂,产量低,利用微生物异源合成萜类化合物已成为热点。谷氨酸棒状杆菌内含合成萜类色素的途径,具有异源合成萜类化合物的天然优势和研究前景。首次对谷氨酸棒状杆菌合成萜类化合物进行了综述,从萜类合成途径、关键酶和全局调控机制三个方面进行了途经介绍。概述了谷氨酸棒状杆菌中单萜、倍半萜、四萜类化合物的异源合成,并对利用谷氨酸棒状杆菌高效合成萜类化合物所需解决的问题进行讨论,为谷氨酸棒状杆菌高效合成萜类化合物提供建议。     

聚酮类化合物异源表达研究进展

聚酮化合物具有抗感染、抗真菌、抗肿瘤、免疫抑制等生物活性,在临床上应用非常广泛。我们简要介绍了3种聚酮合酶的基因簇特点,即以模块形式存在的Ⅰ型聚酮合酶、包含重复使用结构域的Ⅱ型聚酮合酶和以查尔酮酶为代表的Ⅲ型聚酮合酶,以及大环内酯类、四环素类、葸环类、聚醚类聚酮化合物异源表达研究现状,综述了异源表达宿主在不同聚酮化合物的表达方面存在的优势及其挑战。     

甘草属植物中三萜化合物的研究进展（综述）

本文综述了甘草属植物中三萜化合物近年来的药理活性研究,化学结构和结构鉴定中的波谱特征。     

真菌天然产物异源生产研究进展

真菌天然产物是天然药物的重要来源之一,大规模真菌基因组序列测序的完成表明真菌具有产生丰富的次级代谢产物的潜能。然而,许多真菌或生长缓慢,或不适宜在实验室条件下培养,或难以进行遗传操作,或化合物产量极低等,这些因素导致大量有价值的真菌天然产物无法获得。利用异源表达系统对真菌天然产物进行生产是发现新天然产物及解析其生物合成途径的有效手段,并为定向的以合成生物学的手段去合成重要活性分子奠定基础。本文对目前用于真菌天然产物生产的各种异源表达系统进行了综述,并结合最新的DNA组装技术展望了异源表达系统在真菌天然产物研究中的应用价值和前景。     

工程大肠杆菌合成游离脂肪酸的研究进展

游离脂肪酸作为一种重要的平台化合物,其衍生产品被广泛应用到能源、化学工业中。作为更加可持续、绿色的生产策略,利用工程微生物合成游离脂肪酸是以石油基和动植物为原料生产脂肪酸类产品的重要补充。大肠杆菌作为经典的模式微生物,通过对其进行代谢工程改造,脂肪酸的积累已经从痕量提高到了约9g/L,展示了其作为脂肪酸合成菌株的巨大应用潜力。随着合成生物学技术的涌现,“感应-调控器”、体外重构、β氧化逆循环、异源合成途径的整合等思路的引入极大地加快了工程大肠杆菌脂肪酸合成的进化速率,并赋予大肠杆菌合成多种脂肪酸产品的能力。对近年来通过代谢工程和合成生物学手段改造大肠杆菌合成游离脂肪酸的研究进展进行综述,对其发展前景进行展望。     

异源基因片段在大肠杆菌克隆株中的缺失

在研究苏云金芽孢杆菌基因克隆和表达时,发现当把以色列亚种P19和cytA蛋白基因的重组质粒转入大肠杆菌MV1190后,cytA蛋白基因起始密码上游第18位碱基至下游第48位碱基之间缺失约30个碱基,导致cytA蛋白生物活性丧失。同样也发现,把大肠杆菌-苏云金芽孢杆菌穿梭载体pHT3101转化大肠杆菌TG1时,其载体中约1．6kb片段也发生类似缺失事件,说明大肠杆菌细胞对某些异源基因片段具有不相容性。     

毛花猕猴桃根中的一个新三萜化合物

从毛花猕猴桃(Actindia eriantha Benth)的根中分离到三个结晶成分,根据光谱数据(MS,IR,~(12)CNMR,~1HNMR)和化学证明,R_6的结构为2α,3β,24-三羟基-12-烯-28-乌苏酸是一新化合物,其余两个成分分别为二十四碳酸和葡萄糖。     

真菌细胞色素P450在大肠杆菌中的表达

【背景】真菌细胞色素P450蛋白在大肠杆菌中表达水平低甚至不表达,近期研究发现通过对该类蛋白氨基端(N端)氨基酸序列的修饰可优化其表达水平。【目的】在大肠杆菌系统中表达预测功能为P450酶的焦曲霉094102菌株的Au8002蛋白,为真菌P450蛋白在大肠杆菌表达系统中的N端氨基酸序列修饰策略提供有效依据。【方法】对野生型P450蛋白Au8002的氨基酸序列进行分析,对其N端序列进行了3种序列修饰,并在诱导蛋白表达时添加P450生物合成前体5-氨基乙酰丙酸(5-ALA),研究N端氨基酸序列修饰策略及前体添加对真菌P450在大肠杆菌中蛋白表达的影响。【结果】SDS-PAGE和Westernblot检测结果显示,对目的蛋白进行的3种氨基酸序列修饰均使Au8002蛋白获得了表达,前体5-ALA的添加提高了目的蛋白表达量。其中对目的蛋白进行N端全长截短时可部分增加其可溶性,同时也验证了其特征性的CO结合能力。【结论】对预测为P450酶的菌株094102蛋白Au8002氨基端(N端)氨基酸序列的修饰有效解决了其在大肠杆菌内不表达的难题,实现了其可溶性表达;另一方面P450生物合成前体5-ALA的添加也能有效提高该类蛋白的表达水平,上述策略对改善其它该类蛋白在大肠杆菌内的表达水平具有借鉴意义。     

Engineered Escherichia coli for Short-Chain-Length Medium-Chain-Length Polyhydroxyalkanoate Copolymer Biosynthesis from Glycerol and Dodecanoate

Short-chain-length medium-chain-length polyhydroxyalkanoate (SCL-MCL PHA) copolymers are promising as bio-plastics with properties ranging from thermoplastics to elastomers. In this study, the hybrid pathway for the biosynthesis of SCL-MCL PHA copolymers was established in recombinant Escherichia coli by co-expression of β-ketothiolase (PhaA _Re ) and NADPH-dependent acetoacetyl-CoA reductase (PhaB _Re ) from Ralstonia eutropha together with PHA synthases from R. eutropha (PhaC _Re ), Aeromonas hydrophila (PhaC _Ah ), and Pseudomonas putida (PhaC2 _Pp ) and with (R)-specific enoyl-CoA hydratases from P. putida (PhaJ1 _Pp and PhaJ4 _Pp ), and A. hydrophila (PhaJ _Ah ). When glycerol supplemented with dodecanoate was used as primary carbon source, E. coli harboring various combinations of PhaABCJ produced SCL-MCL PHA copolymers of various monomer compositions varying from C₄ to C₁₀. In addition, polymer property analysis suggested that the copolymers produced from this recombinant source have thermal properties (lower glass transition and melting temperatures) superior to polyhydroxybutyrate homopolymer.     

外源基因在大肠杆菌中的高效表达

为了提高外源蛋白在大杨杆菌中的表达量,人们对大肠杆菌表达系统进行了许多研究。作者综述了有关外源基因在大肠杆菌中高效表达的研究进展。     

大肠杆菌tyrR基因剔除及其对苯丙氨酸生物合成的影响

TyrR是大肠杆菌芳香族氨基酸生物合成和运输途径中的一种全局性调控蛋白质。采用双交换同源重组的方法定位突变大肠杆菌染色体tyrR基因 ,在该基因中插入带有卡那霉素抗性基因的DNA片段 ,使之失活 ,实现基因剔除。经PCR、DNA测序、lacZ报告基因等多种方法证实了基因剔除的可靠性。tyrR基因剔除后 ,大肠杆菌芳香族氨基酸生物合成中受TyrR蛋白调控的关键酶的酶活力有所提高 :3 脱氧 2 阿拉伯庚酮糖 7 磷酸合成酶(DAHPS ,由aroG编码 )酶活力提高了 1.0 8倍 ,转氨酶 (AT ,由tyrB编码 )酶活力提高了 2 .70倍 ;突变菌株发酵生产苯丙氨酸的能力提高了 1.5 9倍 ;同时 ,与芳香族氨基酸运输相关的通透酶基因aroP(P)的阻遏被解除 ,细胞运输芳香族氨基酸的能力提高了 70 .2 %。     

Heterologous production of caffeic acid from tyrosine in Escherichia coli

Caffeic acid is a plant secondary metabolite and its biological synthesis has attracted increased attention due to its beneficial effects on human health. In this study, Escherichia coli was engineered for the production of caffeic acid using tyrosine as the initial precursor of the pathway. The pathway design included tyrosine ammonia lyase (TAL) from Rhodotorula glutinis to convert tyrosine to p-coumaric acid and 4-coumarate 3-hydroxylase (C3H) from Saccharothrix espanaensis or cytochrome P450 CYP199A2 from Rhodopseudomonas palustris to convert p-coumaric acid to caffeic acid. The genes were codon-optimized and different combinations of plasmids were used to improve the titer of caffeic acid. TAL was able to efficiently convert 3 mM of tyrosine to p-coumaric acid with the highest production obtained being 2.62 mM (472 mg/L). CYP199A2 exhibited higher catalytic activity towards p-coumaric acid than C3H. The highest caffeic acid production obtained using TAL and CYP199A2 and TAL and C3H was 1.56 mM (280 mg/L) and 1 mM (180 mg/L), respectively. This is the first study that shows caffeic acid production using CYP199A2 and tyrosine as the initial precursor. This study suggests the possibility of further producing more complex plant secondary metabolites like flavonoids and curcuminoids.     

好氧发酵生产琥珀酸工程菌株的构建

通过分析大肠杆菌的碳源代谢途径, 利用基因敲除手段, 以Escherichia coli MG1655为出发菌株, 成功构建了琥珀酸好氧发酵生产工程菌E. coli QZ1111 (MG1655?ptsG?poxB?pta?iclR?sdhA)。检测结果表明该菌株能以葡萄糖为碳源, 在好氧发酵且不表达任何异源基因的条件下大量积累琥珀酸。摇瓶试验证明, 琥珀酸发酵产量达到26.4 g/L, 乙酸盐作为唯一检测到的副产物产量为2.3 g/L。二者浓度比达到11.5:1。     

产L-苏氨酸重组大肠杆菌的构建和发酵性能

【背景】大肠杆菌由于生长性能优良、遗传背景清晰,常被用作苏氨酸生产菌。【目的】敲除大肠杆菌Escherichia coli THR苏氨酸合成途径的非必需基因,并异源表达苏氨酸合成必需的关键酶,构建一株苏氨酸高产菌株。【方法】利用FLP/FRT重组酶系统,敲除E. coli THR中lysC、pfkB和sstT,同时进行谷氨酸棒杆菌中lysC~(fbr)、thrE和丙酮丁醇梭菌中gapC的重组质粒构建并转化到宿主菌中。【结果】以E. coli THR为出发菌株,敲除其苏氨酸合成途径中表达天冬氨酸激酶Ⅲ (AKⅢ)的基因lysC、磷酸果糖激酶Ⅱ基因pfkB及苏氨酸吸收蛋白表达基因sstT,使菌株积累苏氨酸的产量达到75.64±0.35g/L,比出发菌株增加9.9%。随后异源表达谷氨酸棒杆菌中解除了反馈抑制的天冬氨酸激酶(lysC~(fbr))、苏氨酸分泌转运蛋白(thrE)及丙酮丁醇梭菌中由gapC编码的NADP+依赖型甘油醛-3-磷酸脱氢酶,获得重组菌株E. coli THR6菌株。该菌株积累苏氨酸的产量提高到105.3±0.5 g/L,糖酸转化率提高了43.20%,单位产酸能力提高到5.76 g/g DCW,最大生物量为18.26 g DCW/L。【结论】单独敲除某个基因或改造某个途径不能使苏氨酸大量合成和积累,对多个代谢途径共同改造是构建苏氨酸工程菌的最有效方法。