从人类基因组到人造生命:克雷格·文特尔领路生命科学

2010年5月20日,美国Science杂志报道J.Craig Venter的研究小组制造了第一个能够自我复制的人工合成生命,并立即引发了人们对这一研究潜在威胁的担忧和有关生物安全和生物伦理的讨论。但同时,这一成果也是人类在合成生物学领域的一次突破。我们相信在后基因组时代,合成生物学的发展必将广泛地应用于能源、环境、材料、医药等诸多领域,从而影响和改变人类未来的生活。     

利用代谢工程技术提高工业微生物对胁迫的抗性

代谢工程是工业微生物菌种改造的平台技术,不仅可用于改变微生物细胞内的代谢流向,也可以用于改善工业微生物的生理功能。在工业生产过程中,微生物细胞会面临多种胁迫作用,这些胁迫诱导的基因调节作用,都有可能影响细胞的许多重要生理功能,从而影响生物转化过程的效率。从工业应用的观点出发,选择生产性能良好、对发酵过程中的主要胁迫因素有较强耐受性的菌株至关重要。以下评述了借鉴传统代谢工程技术和反向代谢工程技术来提高工业微生物对胁迫抗性的若干研究策略,提出了该领域目前存在的问题,以及利用代谢工程技术改善微生物胁迫抗性——即微生物生理功能工程的发展方向。     

大肠杆菌合成1,2,4-丁三醇的途径优化

1,2,4-丁三醇(BT)是一种在工业中有多种用途的重要的非天然化合物。文中通过将外源基因xdh和mdlC导入大肠杆菌BW25113表达,并敲除了xylA、xylB、yagE、yjhH、yiaE和ycdW等木糖和中间产物代谢旁路基因,构建了能够将D-木糖转化为BT的重组菌株。为优化BT合成途径,针对BT合成途径中的限速步骤——3-脱氧-D-甘油-戊酮糖酸的脱羧反应,进行了新酶的筛选和评价,获得了可显著提高反应效率的新的2-酮酸脱羧酶——KivD,并构建了表达该酶的重组菌株BW-025。在此基础上,通过初步条件优化,将BT产量提高至2.38g/L;进一步调节途径中各个酶的表达量,探究了它们对BW-025合成BT的影响,最终获得了BT产量较BW-025提高了48.62%的重组菌株BW-074。     

Gloeobacter violaceus视紫红质在大肠杆菌中的异源表达与功能评价

质子泵型视紫红质是一种在自然界广泛存在的简单光合系统,它可以结合视黄醛,在光照下将质子由胞内泵向胞外,形成质子梯度势,在一定程度上促进ATP的合成.在非光合工程菌中引入视紫红质将光能转化为化学能有助于促进微生物生长、生产以及提高细胞耐受性.文中在大肠杆菌Escherichia coli中异源表达了来自Gloeobact...     

降低光滑球拟酵母电子传递链活性加速丙酮酸合成

光滑球拟酵母CCTCCM2 0 2 0 19经溴化乙锭诱变 ,挑选假阳性呼吸缺陷型菌株共 4 0株。对其中 7株丙酮酸产量提高的突变株进行发酵性底物 (葡萄糖 )和非发酵性底物 (甘油、乙酸 )的利用能力测试 ,鉴定得到 3株呼吸缺陷型突变株RD 16、RD 17和RD 18。相对于出发菌株 ,呼吸缺陷型突变株生长速率下降 ,最终菌体浓度降低 2 1%～2 9% ,胞内ATP含量下降 15 %～ 2 1% ,但单位细胞耗葡萄糖能力和单位细胞产丙酮酸能力分别提高了 2 0 7%～30 7%和 30 7%～ 5 5 5 %。进一步研究发现 ,呼吸缺陷型突变株线粒体复合体Ⅰ、Ⅰ Ⅲ、Ⅱ Ⅲ和Ⅳ的活性分别下降了 34%～ 4 1%、38 6 %～ 5 2 6 %、2 1%～ 2 5 %、15 0 %～ 6 30 % ,表明线粒体电子传递链氧化NADH的功能受到抑制。为使酵解产生的NADH正常氧化 ,在RD 18菌株的对数生长期流加 2 1mmol L外源电子受体乙醛。发现细胞合成丙酮酸能力提高 2 1 6 % ,且葡萄糖消耗速度明显加快 ,发酵周期缩短 14h。结果表明适当削弱能量代谢能够提高真核微生物中心代谢途径的速度     

丙酮酸高产菌株的选育及中试研究

对T.glabrata WSH-IP12进行EMS诱变,挑选以NH4Cl为唯一氮源的平板上透明圈较大的菌株,经初筛和复筛后,发现T.glabrata WSH-IP303生产丙酮酸的能力强且稳定。以NH4Cl为唯一氮源摇瓶培养48h,其丙酮酸产量（35．1g/L）比出发菌株（21．4g/L)提高了64％。采用该菌株在300L罐上进行了4批发酵试验,丙酮酸产量最高可达58．4g/L,对葡萄糖产率0．562g/g。     

毕赤酵母表达系统发展概况及趋势

毕赤酵母经过20多年的发展,在实验室和工业规模都取得了广泛的应用。文中从工业技术应用的角度,综述了近年来毕赤酵母在蛋白表达、遗传操作方法以及化学品生产方面取得的成果,同时对毕赤酵母系统存在的问题以及未来的研究方向进行了分析和展望。     

合成生物制造

本文对2021年《生物工程学报》在合成生物制造领域发表的综述和论文进行了评述.重点讨论了大肠杆菌、枯草芽孢杆菌、谷氨酸棒杆菌、酿酒酵母、丝状真菌以及非模式细菌、非传统酵母等主要底盘细胞的设计改造,氨基酸、有机酸、维生素、高级醇、天然化合物(萜类、黄酮类、生物碱类)、抗生素类、酶与生物催化产品、生物聚合物等产品的生物制造...     

环境条件及摇瓶补糖策略对谷胱甘肽发酵的影响

研究了酵母摇瓶发酵中pH、装液量、初糖浓度、碳氮磷比和补糖方式对谷胱甘肽(GSH)发酵的影响。结果表明,GSH发酵适宜的初始pH和装液量分别为6 0和500ml锥形瓶内装液量60m1。初糖浓度对GSH发酵有较大的影响,超过12g／l,的初糖浓度将减少胞内GSH含量。应用计算得出的一种以控制比生长速率为目的的摇瓶补糖策略,在总糖浓度为26．2g／L下发酵12h,最终细胞浓度和胞内GSH含量分别达到8.78g／L和13．6mg／g,发酵液内GSH总量达到119．4mg／L,细胞对糖产率达到0.335g／g。     

网络药理学和分子对接技术研究桑黄类真菌对疾病的潜在作用机制

桑黄类真菌是一类极具研究价值的药用真菌。近年来,对于桑黄类真菌的研究,多集中于对某一个物种的成分及药理活性的研究,系统比较桑黄类真菌中成分及药理活性的研究较少。本研究利用网络药理学和分子对接技术从理论上初步探讨了5种桑黄类真菌中化合物与疾病之间的分子作用机制。研究结果表明5种桑黄类真菌(栎木桑黄Sanghuangporus quercicola、鲍姆桑黄Sanghuangporus baumii、粗毛纤孔菌Inonotus hispidus、裂蹄木层孔菌Tropicorus linteus、黑盖木层孔菌Phellinus nigrians)中的39种有效成分,对应潜在靶点588个。KEGG通路富集筛选得到165条通路,分析结果发现这39种化合物的靶点主要分布在与炎症、糖尿病、肝癌、阿尔茨海默病和衰老相关的信号通路上。筛选出桑黄类真菌中抗病的潜在靶点共486个,构建抗病靶点的蛋白互作(PPI)网络,并筛选出LCK、STAT3、PTPN11、STAT1、STAT5B、MAPK1、JAK1、MAPK3、JAK3和JAK2作为关键靶点,构建5种桑黄类真菌-化合物-关键靶点-5种疾病的网络互作图,并进行分子对接验证。筛选出的桑黄类真菌中的12个有效成分均可与这些关键靶点产生相互作用,其中酚类化合物居多,此外二萜类化合物异海松酸与MAPK1结合能力最强。因此,5种桑黄类真菌可以通过多种化合物、多种靶点和多种途径起到抗病的作用,本研究为探索桑黄类真菌治疗和预防疾病潜在机制提供了理论基础。