微生物遗传多样性的挖掘和代谢工程应用

随着近年来系统生物学研究的深入,微生物的基因组、转录组、蛋白组及代谢组等不同层次的组学信息不断增加。我国具有丰富的微生物多样性,但目前对多样性的研究大多集中在物种多样性及生态多样性方面,对微生物菌株水平遗传多样性的研究还刚刚起步。以酿酒酵母和链霉菌为例,结合本课题组的成果,总结了近年来利用其基因组序列及转录组蛋白质等功能基因组信息,开发利用其遗传多样性的研究进展。在工业酿酒酵母中发现了多个独特的功能基因,包括絮凝基因及与环境胁迫耐性相关的调节蛋白基因,还发现了独特的启动子序列。此外,在海洋放线菌基因组中也发现了独特的调节基因。对微生物遗传多样性的挖掘利用,不仅有助于深入理解微生物不同菌株中独特的调节方式,也为微生物的代谢工程改造提供了大量新的可利用的遗传组件。     

抗补体活性物质临床应用及开发研究进展

补体系统是先天免疫系统的重要组分之一,类风湿关节炎、自身免疫性溶血性贫血、2019冠状病毒病等多种疾病的发生与补体系统异常密切相关。目前临床常用的补体抑制剂多为化学合成药物,其选择性较差,长期使用容易导致机体免疫能力降低。天然产物来源的抗补体活性成分毒性小、易于被机体消化吸收,其中微生物来源的抗补体活性物质具有独特的优势和应用潜力,可利用基因组挖掘快速发现和鉴定,并利用代谢工程改造和发酵优化大量生产,但目前相关研究仍处于前期研究开发阶段。本综述总结了近年来国内外较常见补体抑制剂的临床应用,同时对微生物来源抗补体活性物质的研发进展进行了讨论,以期为补体抑制剂的临床研究和天然来源新型抗补体活性物质的开发提供参考。     

丝状真菌纤维素酶合成诱导及转录调控

利用廉价可再生木质纤维素资源水解产生的可发酵糖生产生物能源和生物基化学品是近年来国内外研究的热点。纤维素酶酶解是木质纤维素原料生物降解的重要手段,但目前纤维素酶生产成本过高,限制了纤维素生物转化和生物炼制的工业化应用。对丝状真菌纤维素酶基因表达和调控进行研究,有利于进一步选育纤维素酶高产菌株,降低纤维素酶生产成本。随着高通量测序及丝状真菌遗传操作等技术的进步,对丝状真菌纤维素酶诱导和基因表达调控机理有了更深入的认识。本文综述了近年来丝状真菌纤维素酶诱导和纤维素酶基因表达调控的最新进展,重点论述糖转运蛋白、转录因子和染色质重塑对纤维素酶表达调控的影响,并对利用人工锌指蛋白进行丝状真菌纤维素酶诱导调控研究进行了展望。     

氧化还原敏感型基因元件增强酵母木质纤维素水解液抑制物胁迫耐受性

纤维素乙醇作为一种清洁可再生的绿色能源,具有良好的应用前景。然而酿酒酵母利用木质纤维素原料生产乙醇的发酵过程易受多种抑制物胁迫的影响,因此提高其胁迫耐受性具有重要意义。本研究在细胞内设计了一种氧化还原敏感型基因元件,通过生物传感器Yap1感应胞内氧化还原状态,以调控抗胁迫基因智能表达。首先,分析了Yap1调控的天然内源启动子P_TRR1、P_TRX2和P_MET16对木质纤维素水解液中典型抑制物的响应强度。其次,根据不同胁迫种类组合相应启动子与抗胁迫的效益基因,构建氧化还原敏感型基因元件提高了酿酒酵母的胁迫耐受性。最后,将表现较好的基因元件GP-CTT和GP-ADH串联整合到一起构建了双基因元件系统,在5-HMF和H₂O₂双重胁迫下细胞的死亡率与野生型相比下降了69.6%。相较于单基因元件GP-CTT,双基因元件整合菌株的比生长速率、葡萄糖消耗速率和乙醇生产速率分别提高了64.2%、60.1%和58.9%,重组菌株过氧化氢酶的酶活力提高了40.2%。本研究通过理性设计氧化还原敏感型基...     

一步法发酵菊芋产乙醇菌种的筛选及产酶条件、酶学性质的研究

从腐烂的菊芋及实验室保存的菌种中,选育到一株发酵菊芋产乙醇的菌株克鲁维酵母Kluyveromyces marxianus Y1。利用正交实验法对克鲁维酵母产菊粉酶的培养基组成及培养条件进行优化,确定培养基组成（g/L）为：菊粉40,酵母粉4,蛋白胨4,尿素1;初始pH5．0,温度30℃,150r／min条件下培养达到最佳产酶效果（57U／mL）。该菌株所产菊粉酶的性质测定结果表明：以菊粉为底物,该菊粉酶最适反应温度为55℃,在60℃以下稳定性很好,高于60℃时酶迅速失活;最适pH为5．0,pH4．6—5．2范围内酶稳定性很好;该酶属于外切型菊粉酶,体积分数为8％的乙醇对酶活力基本没有影响。     

微藻采收方法的研究进展

微藻的生产过程可以实现能源生产、废水净化和CO2减排的高度耦合,在能源危机日益紧张、环境问题日趋严峻的今天,微藻的开发利用具有重要的研究价值和经济、社会效益。制约微藻产业化的瓶颈问题是采收成本过高,一种经济合理的采收方法不但可以大大降低生产成本,还可以奠定微藻产业化发展的基础。本文对目前应用较为普遍的微藻采收方法进行了介绍,重点阐述了絮凝法采收微藻,以期对微藻的低成本高效率采收以及产业化发展提供帮助。     

菊芋全植株生产燃料乙醇的工艺探讨

<正>菊芋具有耐寒和耐旱等优点,可在非耕地种植,是重要的非粮能源植物,也是生物炼制研究的主要果糖基原料来源。利用菊芋的生物炼制生产生物燃料和生物基化学品具有广阔的发展前景。文章讨论了如何利用菊芋全植株的生物转化进行生物炼制,并重点对利用菊芋生产燃料乙醇的技术路线进行了论述。     

大连地区海泥样品中分离的两株小单胞菌的研究

从大连不同地区的海泥样品中分离了2株具有广谱抗菌活性的小单胞菌。16S rDNA序列分析结果显示,2株小单胞菌均与Micromonospora aurantiaca DSM43813具有99%的相似性,但是这2株小单胞菌的培养特征和生理生化特性具有明显的差别。2株小单胞菌均在20℃下生长良好,而且能耐受6%的NaCl。这是有抗菌活性的Micromonospora aurantiaca菌株首次在我国大连地区海泥样品中得到分离。2株小单胞菌具有较好的抗菌活性,尤其是对白色假丝酵母和铜绿假单胞杆菌的活性,显示了进一步开发与应用的价值。     

破坏细胞壁蛋白CWP2基因提高重组酿酒酵母β-葡萄糖苷酶胞外酶活

【背景】重组酿酒酵母广泛应用于生产工业酶和药用蛋白,但是目前仍旧存在异源蛋白产量低、分泌效率差的问题,限制了生产应用。【目的】提高重组酿酒酵母异源分泌蛋白的能力,构建高效的异源蛋白生产细胞工厂。【方法】采用基于CRISPR/Cas9的基因组编辑技术,以生产β-葡萄糖苷酶的重组酿酒酵母Y294-BGL为出发菌株,构建细胞壁蛋白基因CWP2破坏菌株。【结果】与出发菌株相比,破坏CWP2的破坏菌株在发酵96 h时胞外β-葡萄糖苷酶酶活可提高53%,胞内酶活提高了208%。此外,破坏菌生长未受到影响,对弱酸等环境胁迫的耐性没有下降,未造成过多内质网胁迫。进一步检测发现,破坏菌株胞内活性氧水平下降,同时蛋白胞内运输和分泌途径相关的关键基因表达转录及多个细胞壁生物合成相关基因表达下降。【结论】破坏细胞壁蛋白基因CWP2能够提高异源蛋白β-葡萄糖苷酶的胞外酶活,可作为促进酿酒酵母生产异源蛋白的靶点基因。     

MHF组蛋白折叠复合体组分编码基因MHF1过表达对重组酿酒酵母纤维素酶生产的影响

【背景】重组酿酒酵母可用于生产多种药用蛋白和工业酶等外源蛋白,但蛋白分泌水平低是限制其异源蛋白高效生产的重要因素。异源蛋白表达和分泌过程可能会对宿主细胞产生多种胁迫,因此,研究胁迫响应相关基因对重组酵母异源蛋白生产的影响具有重要意义。Mhf1p是MHF组蛋白折叠复合体的组分之一,与DNA损伤修复及维持基因组稳定性有关,但其对异源蛋白生产的作用尚不清楚。【目的】研究MHF1过表达对重组酿酒酵母蛋白生产的影响。【方法】在分泌表达纤维素酶的重组酿酒酵母菌株中利用基于CRISPR-Cas9的基因组编辑技术整合过表达MHF1,分析其对产酶的影响,并探讨影响产酶的分子机理。【结果】与出发菌株相比,过表达MHF1菌株的外切纤维素酶CBH酶活性提高了38%。对过表达MHF1的CBH生产菌株中蛋白合成和分泌途径相关基因转录水平进行检测,发现与对照菌株相比,CBH1基因和与分泌相关的SEC22、ERV29等基因在不同时间点呈现不同程度显著上调。【结论】MHF1过表达可促进酿酒酵母异源外切纤维素酶的生产,并影响外源酶基因和分泌途径基因的表达,可能通过对多基因的协同表达影响促进产酶。