全细胞催化生产N-乙酰神经氨酸的条件优化

【目的】N-乙酰神经氨酸有多种生物学功能,其在治疗流感、神经性疾病、炎症和肿瘤等方面具有重要的医药价值。N-乙酰神经氨酸现有的生产方法产量低、成本高,难以满足医药工业大规模的需求,因而急需建立一种经济高效的生产方法。【方法】在前期研究中,构建了一株产N-乙酰神经氨酸的代谢工程菌(Escherichia coliΔnanTEK/pNA),本研究通过单因素试验对工程菌生物转化生产N-乙酰神经氨酸的过程进行优化,包括工程菌细胞培养条件(培养温度和时间)和全细胞生物转化的各种条件(转化温度、时间、表面活性剂等)。【结果】经过条件优化后,建立了全细胞催化法生产N-乙酰神经氨酸的工艺流程,使N-乙酰神经氨酸的产量提高到294.39 mmol/L。【结论】该方法具有操作简便、高效和经济的优势,为N-乙酰神经氨酸的规模化生产奠定了基础。     

全细胞催化法生产N-乙酰神经氨酸的研究进展北大核心CSCD

N-乙酰神经氨酸(N-acetyl-D-neuraminic acid,Neu5Ac)及其衍生物不仅在人体内发挥重要的生理生化功能,且已经应用到流感的预防和治疗。但已有的N-乙酰神经氨酸生产方法产量低、成本高,限制了其大规模生产和广泛应用。随着分子生物学技术及糖组学研究的发展与成熟,一种新型的生物技术即全细胞催化法生产N-乙酰神经氨酸正成为研究的热点。旨在介绍全细胞催化技术合成N-乙酰神经氨酸的研究进展。     

生物催化与生物转化研究进展

由于生物催化过程具有高效、高选择性、条件温和、环境友好等优点,因此成为可持续发展过程中替代和拓展传统有机化学合成的重要方法。近两年的进展集中于新生物催化剂的发现和改造,以及将生物催化和生物转化应用于工业过程的探索,包括开发新的反应体系,新的固定化方法等。可以预见,在医药中间体等高附加值化工产品的生产过程中,生物催化和生物转化的应用将呈现加速增长趋势。     

全细胞催化生产苯乙酰-7-氨基-3-脱乙酰氧基头孢烷酸的条件优化

头孢类抗生素由于广谱性和低毒性被广泛用于细菌感染的治疗。7-氨基-3-脱乙酰氧基头孢烷酸(7-aminodeacetoxycephalosporanic acid,7-ADCA)作为半合成头孢类抗生素的重要中间体,需求量逐渐增加,而7-ADCA主要由G-7-ADCA(苯乙酰-7ADCA)脱酰基得到。工业上多以化学法合成G-7-ADCA,成本高,污染严重。迫切需要对环境友好且经济高效的合成方法。在前期研究中,构建了一株可以将青霉素G转化为G-7-ADCA的代谢工程菌(E.coli H7/PG15)。本研究通过单因素试验对E.coli H7/PG15的G-7-ADCA合成过程进行优化,包括底物组成及其最适浓度,转化条件(菌体浓度、p H、青霉素浓度、MOPS浓度、葡萄糖浓度,铁离子浓度和时间等)。优化后,建立了全细胞催化法生产G-7-ADCA的工艺流程,使G-7-ADCA的产量稳定在15 mmol/L左右,转化率达到30%,具有操作简便、高效和经济的优势。     

全细胞脂肪酶研究进展

脂肪酶是一类重要的工业用酶,广泛应用于诸多工业领域。与游离脂肪酶、物理或化学固定化脂肪酶相比,全细胞脂肪酶具有制备简单、无需蛋白质提取纯化、天然固定化、稳定性及抗逆性更好、制备及设备成本较低等优点,因此以全细胞形式利用脂肪酶被誉为是最有前景的降低生物转化成本的方法之一,关于全细胞脂肪酶的研究一直是脂肪酶领域的热点。就全细胞脂肪酶的研究进展进行归纳和述评,包括野生型全细胞脂肪酶和基因工程全细胞脂肪酶,并对其未来研究方向做出展望,以期为后续研究提供有益参考。     

全细胞催化合成阿糖胞苷工艺的研究

以阿糖尿苷和胞嘧啶为原料,采用枯草芽胞杆菌Bacillus subtilis A302作为全细胞催化剂进行阿糖胞苷的生物合成,通过单因素与正交试验的考察,得到了全细胞催化合成阿糖胞苷的最佳反应条件:反应初始pH为7.0,反应温度为36℃,催化剂添加量为250 mg,摇床转速为190 rpm,该条件得到的阿糖胞苷收率达到65.3％.该方法操作简单,反应体系杂质较少,是合成阿糖胞苷的一种有效可行的方法.     

代谢工程及其在产苯丙氨酸基因工程菌构建中的应用

本文对代谢工程的发展状况从研究方法,在医药、农业及环保中应用等几方面做了概括地介绍;从宿主的选择,加速限速反应,改变代谢流和生产程序的优化几方面较为详细地评述了代谢工程在苯丙氨酸基因工程菌构建方面的应用,并对代谢工程的未来发展进行了展望。     

利用渗透交联固定化细胞促进生物转化

固定化技术已在生物工程中得到广泛的实际应用,特别是应用于生物转化以提高酶或细胞的稳定性,实现连续操作等。对于含胞内酶的细胞的生物转化．一般先破碎细胞,使酶释放出来,再进行酶固定化。由于酶的稳定性通常与细胞膜的结台有关^[1],细胞破碎中常导致酶的失活。如果不破碎细胞,对完整细胞固定化,又会有传质困难抑制酶活力的发挥。我们研究出渗透交联固定化细胞技术以解决这个矛盾。先采用某种试剂(多为表面活性剂)处理细胞,提高细胞的通透性,再进行交联固定化．可以保证酶的活力破坏较小,又减小了传质阻力。既提高了固定化细胞的稳定性,又提高了固定化细胞的表观酶活。称这种固定化技术为渗透交联固定化细胞技术。Prabhuaney等采用CTAB-戊二醛处理聚丙烯酰胺凝胶包理的含青霉素酰化酶E. coli细胞^[2]。Nmhida采用1,6-己二胺-戊二醛处理含天冬氨酸酶的E．Coli细胞^[3]。渗透交联固定化处理会损伤细胞和酶是这种技术的一个矛盾。本文采用多乙烯多胺-戊二处理方法．因多乙烯多胺既起到表面活性剂的作用．又是交联剂。而且渗透能力比CTAB和1,6-已二 胺为低,故对细胞和酶损伤较小。     

蔗糖磷酸化酶全细胞催化AA-2G的条件优化

目的:使用表达蔗糖磷酸化酶(EC 2.4.1.7,Sucrose phosphorylase,SPase)的大肠杆菌重组工程菌E.coli BL21/pET-spase,作为全细胞催化剂,合成2-O-D-吡喃葡糖基-L-抗坏血酸(Ascorbic acid 2-glucoside,AA-2G)。通过反应条件的优化研究,提高AA-2G的收率。方法:分别考察菌体量、缓冲液pH、蔗糖浓度、维生素C浓度、反应时间和温度对AA-2G合成反应的影响,再组合上述最佳条件进行反应。AA-2G的产量使用高效液相色谱法进行定量。结果:最佳反应条件为:菌体量15 mg/mL,缓冲液pH 4.5,蔗糖浓度100 g/L,维生素C浓度175 g/L,反应时间20 h,温度37℃。在此条件下,AA-2G产量达到了35.7 g/L。结论:以蔗糖为底物,使用SPase合成AA-2G的研究报道较少。本研究通过优化此方法的反应条件,让AA-2G的产量得到了大幅提高。同时本研究中成功地采用了大肠杆菌工程菌作为全细胞催化剂,这比传统的使用粗酶液的方法更省时省力,有良好的应用潜力。     

有机硅橡胶固定化细胞进行的生物转化

有机硅橡胶固定化细胞进行的生物转化潘冰峰,戴学倩,冯青,李祖义（中国科学院上海有机化学研究所,２０００３２）关键词硅橡胶;白地霉;固定化细胞;生物转化近年来,有机化学领域的一个重要进展是用酶或微生物进行生物转化反应。其中研究和应用较多的是碳基还原,特...     

Whole microbial cell processes for manufacturing amino acids, vitamins or ribonucleotides

The development of recombinant DNA technology has greatly expanded whole microbial cell processes for manufacturing amino acids, vitamins, or ribonucleotides. A novel well-designed scheme with integrated enzymatic conversions and fermentation enables the production of even complicated compounds, such as sugar nucleotides and oligosaccharides.     

代谢工程

代谢工程,也称途径工程,是基因工程一个重要分支,一般是多基因的基因工程,与细胞的基因调控、代谢调控和生化工程密切相关。讨论了代谢工程的应用,包括通过改变代谢流和代谢途径提高产量,改善生产过程,构建新的代谢途径和产生新的代谢产物等。     

利用转录因子工程重塑代谢网络实现细胞工厂高效生产

酿酒酵母已被广泛用作生产精细化学品的典型细胞工厂.但在生产过程中,各种环境胁迫以及异常的细胞代谢严重制约了生产成本降低和收益提高.解决此类瓶颈问题的一种有效方法是利用转录因子工程,通过重塑关键基因的转录水平来提高菌株的耐受性和生产效率.从运用转录因子工程提高耐受性、产量和基于人工转录因子设计在优化代谢通量、定量分析中的...     

以生物合成为基础的代谢工程和组合生物合成

代谢工程和组合生物合成在筛选和发展新型药物方面日益成为生物、化学和医药界关注的重点。基于聚酮和聚肽类天然产物的独特化学结构和良好生物活性,研究它们的生物合成机制,将为合理化遗传修饰生物合成途径获得结构类似物提供遗传和生物化学的基础,实现利用现代生物学和化学的技术手段在微生物体内进行药物开发的目的。     

代谢工程在核黄素生产上的应用

核黄素(维生素B2)为天然水溶性的B族维生素,是维持机体代谢所必须的营养物质。目前核黄素的工业化生产主要有微生物发酵法和化学半合成法两种,其中微生物发酵法以生产工艺简单、原料廉价、环境友好以及资源可再生等优点而倍受世界核黄素生产商的青睐。代谢工程是近二十年来发展起来的新型学科,主要利用分子生物学技术对细胞进行遗传修饰,从而改进产物生成或细胞特性。为进一步提高核黄素产量,通过代谢工程手段构建出了核黄素高产菌株,其中尤以枯草芽孢杆菌最为成功。要得到较高的核黄素产率,必须保证碳架、能量等价物以及氧化还原辅(酶)因子在细胞代谢过程中处于适当的比率。以枯草芽孢杆菌进行核黄素生产为例,主要从增强碳源和能源利用效率、增强核黄素生物合成途径代谢流以及解除核黄素生物合成过程中的反馈调节方面综述了代谢工程在指导核黄素生产方面的应用,并讨论了其未来的发展方向。     

植物花香代谢调节与基因工程研究进展

植物花香在吸引昆虫授粉、提高观赏价值和香精的商业价值方面具有重要的作用。随着分子生物学技术的发展,近年来植物花香基因被大量克隆,对花香化合物的合成与代谢的网络调控机制有了更深刻的认识,基因工程改良花香成为可能。对近年来植物花香的合成途径、花香的释放与基因调节、基因工程的研究进展进行了综述,并就存在的问题进行了分析,为花香的分子育种研究提供参考。     

奎尼酸生物合成的代谢工程

奎尼酸及其衍生物氢醌和苯醌等是一类重要的化工原料,可作为一些化学合成制剂和药物中间原料,且在食品和化学工业中有着广泛的应用。目前奎尼酸的制备方法有植物提取法、化学合成法、酶工程法和微生物发酵法,其中微生物发酵法是近年发展起来的一种十分经济有效的方法。在介绍奎尼酸的制备方法的基础上重点综述了应用代谢工程在生物合成奎尼酸基因工程菌的改造中的研究进展,其中涉及奎尼酸生物合成途径中相关基因及其酶的调控、中心代谢途径的改造和修饰等,并探讨了将来的发展前景。     

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...     

代谢病相关的遗传工程小鼠模型

糖尿病及肥胖症等代谢性疾病已成为影响人类健康的主要疾病,属于多基因所致的代谢综合征,遗传模式复杂多样,至今仍所知甚少。理想的实验动物模型是我们深入了解代谢病病因、遗传及环境因素的必要工具,并且可以用来研究验证新的治疗药物。近年来,已经获得了大量的遗传工程动物模型,包括转基因、基因敲除模型等遗传工程动物,对于代谢性疾病的研究意义重大。本文主要介绍近年来应用较多的糖尿病及肥胖相关的遗传工程小鼠模型遗传特征及应用。     

RNA干扰及其在植物代谢工程中的应用

RNA干扰(RNA interference,RNAi)是一种高效的、序列特异的基因沉默现象。本文介绍了RNA干扰的发现及其干扰机制,阐明RNA干扰可在发现代谢途径中的新基因并验证其功能、改善植物营养价值、提高植物抗性、创造新种质等方面发挥重要作用。