植物细胞大量培养的工艺学

植物细胞大量培养的工艺学(Technology)是研究植物细胞在生物反应器内生长和次级代谢物的合成规律,包括氧的吸收和传递、流变学特性、生物反应器的设计和放大、生长和产物合成动力学等,是一门新兴的跨学科技术。本文就植物细胞大量培养过程的工艺学研究作一概述。     

从植物细胞到生物工程

应用植物细胞培养技术生产次级代谢物的最初尝试可以追溯到六十年代初期,三十年之后,用植物细胞工业化生产的酶类和精细化学制品仍然屈指可数。     

天蓝色链霉菌代谢物组测定方法优化及其代谢特征

链霉菌能够产生多种抗生素,具有重要的研究与应用价值。代谢物组学能够定性和定量测定胞内外主要低分子量代谢产物。相对于其他组学,代谢物组学在监控胞内代谢状态、指导物种理性改造方面具有独特优势。本文旨在建立一种快速、准确的链霉菌胞内代谢物分析方法。以模式菌株天蓝色链霉菌为研究对象,基于GC-MS分析平台优化了代谢物组学样品制备流程中的细胞淬灭时间、菌体分离方法、代谢物提取及代谢物衍生化条件,并利用该方法对天蓝色链霉菌不同生长时期各代谢途径的相对活性进行了初步分析。采用"低温淬灭(–40℃,4 min)-快速过滤分离-反复冻融(45 s/3 min)-衍生化(40℃,90 min)"的流程能够鉴定出中心代谢途径(糖酵解、戊糖磷酸途径和TCA循环)、氨基酸代谢途径、脂肪酸代谢途径、核酸代谢途径及部分次级代谢途径中的103种主要代谢物。利用该流程测定发现天蓝色链霉菌细胞生长周期中存在显著的代谢时序差异,并且发现氨基酸与脂肪酸代谢在衔接初级代谢与次级代谢生物合成中具有重要作用。本研究建立的测定方法能够有效地用于天蓝色链霉胞内代谢物分析,该方法将有助于深入刻画链霉菌细胞代谢过程,为菌株代谢工程改造增加次级代谢产物产量提供理性指导。     

半连续和连续生物转化

培养的植物细胞在活性生长阶段通常不会产生大量的次级代谢产物,适合活性细胞生长的培养基和培养条件也与次级代谢产物生产所需要的条件不同.因此,经常用二步操作法通过植物细胞培养物进行次级代谢产物的生产,第一步适合细胞生长,第二步适合产物合成.可是,植物细胞分裂缓慢,需要几周或几个月产生的细胞体积才能适合在生物反应器中大规模生产代谢产物. 蒂宾根大学的科学家W.Kreis和E.Reinhard采用二步法培养毛地黄(Digitalis lanata)细胞,开发了一种生产强心甾类药物去乙酰毛花甙C的半连续方法.该方法采用2种     

培养时间对蛹拟青霉(Paecilomyces militaris)菌丝体中代谢产物的影响

[目的]通过测定不同培养时间蛹拟青霉(Paecilomyces militaris)菌丝体中次级代谢产物的变化,分析蛹拟青霉次级代谢产物与培养时间之间的关系.[方法]液体种子接入SDAY固体培养基 ;培养温度为25℃,培养周期为9d,从第2天开始每天取样 ;用甲醇与乙酸乙酯分别提取菌丝体中次级代谢产物,离心、过滤后合并提取液,用液质联用仪进行分析,用MetaboAnalyst software软件进行数据采集分析.[结果]主成分分析结果表明供试菌株在不同培养时间内其菌丝中次级代谢产物差异显著.聚类分析结果显示,供试拟青霉对生物碱、肽类和核苷等易形成阳离子类物质的代谢物可分为前中后三个阶段.供试拟青霉对糖类和有机酸等易形成阴离子类物质的代谢主要分为前后两个阶段.差异代谢物及热图分析结果表明,在培养的第2和第3天含量显著增加的代谢产物种类较多,主要有酯类及其水解产物、细胞破坏素B和拟青霉素,以及多种尚未鉴定的含氮化合物等 ;在培养第4和第5天含量显著增加的差异代谢物质种类较少,主要有细胞破坏素A和团囊虫草素等肽类抗菌杀虫物质 ;在培养第6天至第9天含量显著增加的代谢物种类较多,除多种白僵菌交酯和细胞破坏素等肽类抗生素外,显著增加的还有多种脂肪酸、氨基酸、鼠李糖、海藻糖、脑苷脂类化合物和核黄素等物质.[结论]培养时间对蛹拟青霉菌丝中次级代谢产物的产生有显著影响.在培养初期,菌体中酯类及细胞破坏素B和拟青霉素等含氮化合物的合成旺盛.在培养中期,次生代谢物明显减少,但细胞破坏素A2和团囊虫草素等肽类抗生素的合成却仍显著增多.在培养后期,供试蛹拟青霉除代谢出多种白僵菌交酯等肽类抗生素外,还大量产生有机酸、氨基酸和海藻糖等物质.虽然在整个培养过程中都有肽类抗生素产生,但这些抗生素并不相同,同时后一阶段新的抗生素的产生常常伴随着前一阶段的抗生素减少,因此前期的抗生素可能是后期产生的抗生素的前体.     

中国丝状真菌次级代谢分子调控研究进展

在目前已知的具有生物活性的微生物次级代谢物中约有50%是由丝状真菌产生的,其中包括人们所熟知的青霉素、环孢菌素A以及洛伐他汀等。鉴于丝状真菌次级代谢物在农业、医药和工业上的重要价值,它们的生物合成及其分子调控一直备受关注。丝状真菌次级代谢物的生物合成是一个复杂的过程,一般涉及多步酶学反应,该过程往往受到不同水平的调控。深入了解丝状真菌次级代谢的分子调控机制,可以为其产量的提高、新骨架化合物的发掘以及隐性次级代谢物的激活奠定重要的理论基础。本文以丝状真菌次级代谢分子调控为主线,重点介绍近40年来我国科研工作者在该领域取得的研究进展,并对这一领域未来的发展进行展望。     

代谢物感受与信号传递

代谢物感受及信号传递是最基本的生命活动之一。细胞在生物进化过程中产生了多种多样的机制感受内外环境中的代谢物波动,以协调细胞代谢本身以及代谢与其他生物学过程。虽然经过几十年的研究,细胞代谢网络已被清楚地解析和绘制,但人们对细胞感受代谢物波动的机制及其生理功能仍缺乏足够认识。除了经典的感受能量和氨基酸营养状态的AMPK和mTOR通路外,对于新的代谢物感受器分子以及代谢物感受机制了解甚少。根据目前对代谢物感受的认识,代谢物感受通路由感受器、信号转导蛋白和效应蛋白构成。代谢物的浓度变化可通过代谢物感受器、代谢物感受模块或代谢物分子对靶蛋白的化学修饰三种不同方式被细胞感受,并调控相应生理活动。细胞采取多种机制感受糖类、脂类、氨基酸、代谢中间体等代谢物的变化,整合细胞的营养和代谢状态,作出相应决策,协调生命活动的正常进行。代谢物感受异常是肿瘤代谢重塑的重要组成部分,因此代谢物感受也成为极具潜力的肿瘤代谢靶点。     

海洋半知类真菌次级代谢物研究概况

海洋真菌的次级代谢物的研究在20世纪90年代以来取得了很大进展,其中主要在海洋子囊菌和半知菌的菌体和发酵液中发现了很多结构新颖、具有独特生理活性的化合物,这些研究结果表明海洋真菌中蕴含了丰富的新型化合物,将是未来新药研究的重点领域.综述了近年来海洋子囊类真菌活性次级代谢物的研究情况.     

青菜幼苗体内几种保护酶的活性对Pb、Cd、Cr胁迫的反应研究

1 引言自从McCord在1969年第一次从牛红血细胞中发现超氧化物歧化酶(SOD)并且证明其功能是清除超氧化物以后,研究者们在植物细胞中也发现了这种酶,并且证明具有同样的功能.后来又发现植物细胞通过多种途径产生活性氧自由基,同时细胞也存在清除这些自由基的多种途径[5],两者形成平衡体系.但是,许多逆境因子如寒冷、干旱、干燥、水淹、重金属Al等都能影响植物体内活性氧代谢系统的平衡,产生大量的氧自由基,它们能够启动膜脂过氧化或膜脂脱脂作     

凋亡细胞清除的分子和细胞生物学机制

凋亡细胞的正确清除是细胞程序性死亡的必要环节,对生物体的器官发育和组织稳态维持起至关重要的作用.凋亡细胞的清除涉及凋亡细胞与吞噬细胞之间的相互识别、吞噬小体形成、吞噬小体与溶酶体融合、凋亡细胞降解等多个环节.基于模式动物秀丽词线虫的研究使人们对这一过程的调控机制有了系统的认识,本文将简要综述该方面的研究进展.     

基于质谱技术的细胞代谢组学研究进展

细胞代谢组学作为一个新兴领域,能解决基本的生物学问题,还能观察细胞内的代谢情况。细胞代谢物浓度可以近似地反映一个组织、器官或细胞的表型。随着代谢组学的发展,以质谱分析为基础的代谢组学技术研究细胞的代谢物,其灵敏度高、分辨率好,能进行多组分的检测,并能获取分子的结构信息,这有利于细胞生物学的研究。该文结合目前代谢组学的技术,对细胞代谢物研究的意义及基于质谱技术的细胞代谢组学的应用进行了综述。     

提高植物培养细胞中次级代谢产物含量的途径

利用植物细胞培养的方法可以取代人工栽培、天然采集或人工合成的方法大量生产很多具有价值的产物(如药品、农药、香料、色素及食品添加剂等)。目前,利用紫草(Lithospermum erythrochizon)培养细胞生产紫草素,利用人参(Panax ginseng)根培养物生产食品添加剂等已进入商业市场。另外,利用黄连(Coptisjaponica)培养细胞生产小蘗碱、利用长春花(Catharathus roseus)培养细胞生产蛇根碱及阿吗碱和利用毛地黄(Digitalis lanata)培养细胞生产地高辛等亦都进行了工业化生产。尽管这样,由于植物培养细胞亦存在着一些缺点如很多培养物中代谢物含量很低或不存在,生长速度缓慢加上目前发酵成本过高、很多关键性问题未解决等等,使之未能广泛地应用于工业化生产。近年来,为了解决上述诸问题特别是解决培养物中代谢物含量低的问题,各国科研人员进行了不懈的努力,取得了长足的进展。本文着重对这方面近年来采用的新方法及新技术的研究作一概述。     

亚细胞区室氧化还原状态的调控及其对细胞的影响

细胞氧化还原状态(redox status)或氧化还原势能(redox potential)是细胞重要的生理指标之一,它的稳态影响细胞的功能活动和生命活动。氧化还原状态主要指细胞的活性氧(reactive oxygen species,ROS)水平,受活性氧生成系统与清除系统共同调控,同时也能够对下游大分子、亚细胞区室及细胞增殖、分化和凋亡等产生影响。虽然对分子及细胞水平的氧化还原调控及其对细胞整体的影响研究相对较多,但对细胞器自身或亚细胞区室水平的关注不多,这些变化在细胞整体应激应答中的贡献也不清楚。该文简介细胞内主要的ROS生成系统与清除系统,并对目前各亚细胞区室的氧化还原状态及其调控的研究和认识进行主要综述,以期能够深入而全面地理解细胞的氧化还原调控及其影响。     

细胞工厂中的代谢传质与过程强化

细胞工厂是生物制造的重要技术平台,为生物质资源的开发和利用奠定了基础.代谢传质是细胞新陈代谢必不可少的部分,也是提高代谢产物合成的关键因素之一.胞内传质的方式和对象多样、效率不一,低效率的代谢传质严重影响了细胞工厂的生产能力.跨膜传质和无膜传质是代谢传质的两种主要形式,通过对这两种传质途径的改造和优化,可以提高细胞工厂生产初级代谢产物、次级代谢产物和生物大分子的能力.运用合成生物学和代谢工程手段,从多个角度对细胞的传质途径进行改造或从头设计、构建,可以有效提高代谢传质的效率、降低中间代谢物的损耗、提高目标产物的产量.本文从不同类型的代谢传质出发,总结了近年来利用强化代谢传质提高细胞工厂合成能力的研究,为更加深入、系统地研究代谢传质,拓宽其在细胞工厂生产中的应用提供了参考和策略.     

植物的防卫

植物对动物的防卫大体可分为机械防卫和化学防卫两大类。机械防卫主要表现在植物体表具刺、毛和高度角质化与发达的韧皮纤维的产生。化学防卫,即植物体内次级代谢物质的产生。次级代谢物质虽然与植物本身生长发育没有多大关系但它对动物的防卫面广量大,远较物理防卫重要。本文除了介绍物理防卫的一般情况外,重点介绍了次级代谢物的分布,对动物的影响,和昆虫对它的利用。     

人体正常扁桃体和淋巴结T、B淋巴细胞亚群的研究

本文用了一系列T、B淋巴细胞单抗,用免疫细胞化学技术观察了人淋巴结和扁桃体内T,B淋巴细胞及其亚群。T细胞及其亚群主要位于滤泡间的副皮质。此外在淋巴结髓质也有一定数量的T细胞亚群的分布;次级滤泡生发中心也常出现辅助T或Leu 4阳性T细胞。B淋巴细胞及其亚群多集中在初级和次级滤泡,如OKB_2和BA 1阳性细胞多集中于次级滤泡的帽状区,而IgM主要位于次级滤泡的生发中心。LN-2抗体选择性地与生发中心??和帽状区的B细胞的核膜起反应,是研究B细胞表型的一种重要试剂。     

丝状真菌代谢工程研究进展

丝状真菌(Filamentous fungi)作为重要的工业发酵微生物,在有机酸、蛋白质及次级代谢产物等关键生物基产品生产方面发挥着重要作用.自20世纪90年代代谢工程理念提出以来,尤其是代谢工程使能技术的创新及发展,极大地促进了丝状真菌细胞工厂的构建及其在工业发酵领域的应用.文中将系统介绍近年来丝状真菌代谢工程技术的...     

β-淀粉样蛋白的代谢与调控:阿尔采末病的潜在治疗靶点

β-淀粉样蛋白（Aβ）是阿尔采末病患者脑中老年斑的主要成分,由淀粉样前体蛋白经β-分泌酶途径代谢产生.已有大量研究证明Aβ具有神经毒性,老化形成聚合体可以增强其毒性.正常生理条件下Aβ的产生和清除处于动态平衡,基因突变和外界环境的影响能破坏Aβ的动态平衡,使Aβ聚集和沉积,通过诱发氧化应激、细胞凋亡、炎症级联反应、改变兴奋性氨基酸受体等途径,引发或加速阿尔采末病的产生和发展.本文对Aβ的产生和清除、毒性及其与阿尔采末病之间的关系作一综述.     

植物内生微生物及其“暗物质”开发技术的研究进展

植物内生微生物包含内生菌、内生细菌、内生真菌、内生放线菌、内生古细菌等领域,其"暗物质"是指尚未被开发的菌种资源、遗传资源和代谢物资源。根据对宿主植物的作用,可以将内生微生物分为共生内生微生物、有益内生微生物和潜在的病原微生物三类。内生微生物在植物促生、提高植物抗逆性、提高植物的环境适应性、影响植物代谢物合成、参与被污染环境的修复等方面具有广泛的应用。具有生理活性的次级代谢产物的开发和利用是植物内生微生物研究的另一个热门领域,但由于大多数不能被分离培养、次级代谢物的分离分析技术不足等原因,使得大量的植物内生微生物资源仍处于未知状态。表面消毒技术、分离培养技术的改进,"多-组学"技术的联合使用和次级代谢物分离分析技术的发展极大促进了植物内生微生物的研究。在此基础上,开展微生物组研究和多单位多地域的协同研究将会进一步加快植物内生微生物资源的研究、发掘和利用。以上述内容为基础,本文综述了植物内生微生物的功能及其代谢产物研究进展,当前植物内生微生物研究的分离培养方法和组学技术,并在文章最后对该领域的研究方向提出了建议。     

滋养层细胞凋亡调控的研究

胎盘滋养层是母体与胎儿之间进行氧气、营养物质和代谢物交换的组织。大量研究证实 ,滋养层细胞凋亡是正常妊娠过程中存在的一种生理现象 ,具有重要的生理意义。滋养层细胞的凋亡受到Bcl 2家族蛋白、Fas FasL系统、p5 3蛋白及细胞因子等多种因素的调控。本文主要介绍滋养层细胞凋亡的调控及滋养层细胞凋亡与妊娠相关疾病的研究进展。